专利名称：铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂及制备方法，尤其是涉及一种可见光催化剂及制备方法。
背景技术：
由于光催化能产生氧化能力很强的羟基自由基，其可以无选择性地将污染物质反应降 解，所以目前新型高效的光催化剂的开发成为热点。作为一种光催化剂，二氧化钛纳米管 作为二氧化钛系列中比表面积较大的产品成为光催化剂和臭氧催化剂的研究热点。
但是，由于催化剂限制，用于研究光催化反应的灯源绝大多数为紫外灯源，在实际使用 中，处理成本偏大，对人体有一定伤害，实用价值受到限制。目前，解决此问题的办法一 般为对催化剂进行元素掺杂，使催化剂在可见光激发下进行催化反应，研究多集中于对粉 状或薄膜二氧化钛催化剂进行掺杂，而对高比表面积的二氧化钛纳米管进行铝掺杂的研究 尚无。
发明内容
本发明的目的在于解决光催化过程中处理成本偏高，催化剂需在紫外光下进行光催化 的问题，提供一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂。
本发明的第二个目的是提供一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的制备方法。 本发明的技术方案概述如下
一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，是用下述方法制成
(1) 在15-20mL浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中加入0.5-1.0g 二氧化钛粉和0.03-0.30g三氧化二铝粉，搅拌0.5 — lh;加热至100—12CTC，反应20—30h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为6.5-7.5;
(3) 使用无机酸的水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为1-3，浸泡0.4—lh，再 水洗至pH为6.5-7.5;;
(4) 将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在50—7(TC下，常压下干燥5 一7h，得固体；
(5) 在300—70(TC，将歩骤(4)所述固体煅烧5 — 7h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳 米管可见光催化剂。
所述无机酸的水溶液为0.1—0.5mol/L的盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液或硝酸 水溶液。
一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的制备方法，包括如下步骤
(1) 在15-20mL浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中加入0.5-1.0g 二氧化钛粉和0.03-0.30g三氧化二铝粉，搅拌0.5 — lh;加热至100—120°C，反应20—30h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为6.5-7.5;
(3) 使用无机酸的水溶液调节歩骤(2)得到的溶液的pH为1-3，浸泡0.4—lh，再 水洗至pH为6.5-7.5;
(4)将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在50—7(TC下，常压下干燥5一7h,得固体；
(5)在300—700°C，将歩骤(4)所述固体煅烧5 — 7h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳 米管可见光催化剂。
所述无机酸的水溶液为0.1—0.5mol/L的盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液或硝酸 水溶液。
本发明的一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂可以降低光催化反应的处理成本， 充分利用太阳光资源，其在可见光照射下对腐殖酸TOC的去除率高达70。/。以上，比在紫外 灯条件下仅降低了 10%左右，显示了很好的可见光激发功能。
图1为铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的微观结构； 图2为光催化对腐殖酸TOC的降解效果。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。 实施例1
一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的制备方法，包括如下步骤
(1) 在17mL浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液中加入0.7g 二氧化钛粉和0.10g三氧 化二铝粉，搅拌0.8h;转入内衬聚四氟乙烯的反应釜，加热至110。C，反应25h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为7;
(3) 使用O.l mol/L的盐酸水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为2，浸泡0.5h， 再水洗至pH为7;
(4) 将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在60"C下，常压下干燥6h， 得固体；
(5)在500'C，将歩骤(4)所述固体煅烧6h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见 光催化剂。
本实施例采用商业化的粒径为25纳米的二氧化钛粉末(商业名称为P25)进行制备。 本实施例制备的一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的微观结构见图1。对腐殖
酸TOC的降解效果见图2。
实施例2
一种铝惨杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，是用下述方法制成
(1) 在15mL浓度为10mol/L的氢氧化钾水溶液中加入l.Og 二氧化钛粉和0.30g三氧 化二铝粉，搅拌0.5h;加热至12(TC，反应20h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为7.5;
(3) 使用0.5mol/L的硫酸水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为3，浸泡lh，再 水洗至pH为7.5;
(4) 将歩骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在70'C下，常压下干燥5h， 得固体；
(5) 在400'C，将步骤(4)所述固体煅烧6h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见 光催化剂。
实施例3一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，是用下述方法制成
(1) 在20mL浓度为10mol/L的氢氧化钾水溶液中加入0.5g 二氧化钛粉和0.20g三氧 化二铝粉，搅拌0.8h;加热至100。C，反应30h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为6.5;
(3) 使用O.3mol/L的磷酸水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为1，浸泡0.4h，再 水洗至pH为6.5;;
(4) 将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在5(TC下，常压下干燥7h， 得固体；
(5) 在70(TC，将步骤(4)所述固体煅烧5h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见 光催化剂。
实施例4
一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，是用下述方法制成-
(1) 在18mL浓度为10moI/L的氢氧化钠水溶液中加入0.8g 二氧化钛粉和0.03g三氧 化二铝粉，搅拌lh;加热至110'C，反应25h;
(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为7;
(3) 使用0.2mol/L的硝酸水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为2，浸泡0.5h，再 水洗至pH为7;;
(4) 将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓缩液在6(TC下，常压下干燥6h， 得固体；
(5) 在30(TC，将步骤(4)所述固体煅烧7h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见 光催化剂。
权利要求
1. 一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，其特征是用下述方法制成(1)在15-20mL浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中加入0.5-1.0g二氧化钛粉和0.03-0.30g三氧化二铝粉，搅拌0.5—1h；加热至100—120℃，反应20—30h；(2)冷却至常温，将所得产物水洗至pH为6.5-7.5；(3)使用无机酸的水溶液调节步骤(2)得到的溶液的pH为1-3，浸泡0.4—1h，再水洗至pH为6.5-7.5；(4)将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓缩液在50—70℃下，常压下干燥5—7h，得固体；(5)在300—700℃，将步骤(4)所述固体煅烧5—7h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂。
2. 根据权利要求1所述的一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，其特征是所述无机酸 的水溶液为0.1-0.5mol/L的盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液或硝酸水溶液。
3. —种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的制备方法，其特征是包括如下步骤(1) 在15-20mL浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中加入0.5-1.0g 二氧化钛粉和0.03-0.30g三氧化二铝粉，搅拌0.5—lh;加热至100—120。C，反应20—30h;(2) 冷却至常温，将所得产物水洗至pH为6.5-7.5;(3) 使用无机酸的水溶液调节歩骤(2)得到的溶液的pH为1-3，浸泡0.4 — lh，再 水洗至pH为6.5-7.5;(4) 将步骤(3)制备的溶液过滤，将截留下来的浓縮液在50—7(TC下，常压下干燥5 一7h，得固体；(5) 在300—700°C,将步骤(4)所述固体煅烧5—7h，即制成一种铝掺杂二氧化钛纳 米管可见光催化剂。
4. 根据权利要求3所述的一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂的制备方法，其特征是 所述无机酸的水溶液为0.1—0.5mol/L的盐酸水溶液、硫酸水溶液、磷酸水溶液或硝酸水溶 液。
全文摘要
本发明公开了一种铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂及制备方法，铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂，用下述方法制成(1)在氢氧化钠水溶液中加入二氧化钛粉和三氧化二铝粉，搅拌；加热，反应；(2)冷却至常温，水洗至pH为6.5-7.5；(3)使用无机酸的水溶液调节pH，浸泡，再水洗至pH为6.5-7.5；(4)过滤，将截留下来的浓缩液干燥得固体；(5)在300-700℃，煅烧5-7h，即制成铝掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂。本发明的催化剂可以降低光催化反应处理成本，充分利用太阳光资源，其在可见光照射下对腐殖酸TOC的去除率高达70％以上，比在紫外灯条件下仅降低了10％左右，显示了很好的可见光激发功能。
文档编号B01J21/06GK101433828SQ20081015429
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者民 季, 潘留明 申请人:天津大学