专利名称：一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法
技术领域：
本发明涉及一维钛酸(H2Ti5On 3H20)纳米带材料的制备方法，属于纳米材料 与纳米技术领域。
背景技术：
社会的发展带来了污染的加剧，染料废水是目前世界人们关心的热点之一，半 导体催化氧化的相关领域引起了广泛的研究。Ti02基材料具有无毒性，稳定性，可重复 利用，光催化效应高等特点，同时对太阳能无污染的利用，让其在废水处理中有很大的 应用前景，但是目前Ti02由于自身禁带宽度较宽(3.2eV)，对可见光的响应极其微弱。 因此如何提高对可见光在光谱范围的利用也是目前急需解决的重大课题。一维钛酸纳米 材料具有特殊的结构，如大的比表面积、氧空位的存在、层间结构等，能提高吸收和降 解，从而提高降解率。相比Ti02材料在光催化方面的应用，一维钛酸盐纳米材料的研究 目前还较少。虽然金属掺杂能够在一定程度上延长Ti02的光响应范围，但金属掺杂后Ti02的 热稳定性降低，且掺杂的金属容易成为复合中心，从而降低其紫外光下的活性。近年 来，非金属元素掺杂替代少量的晶格氧后，能使Ti02在不降低其紫外光活性的情况下具 有明显的可见光活性。这一崭新的发现引起了人们极大的兴趣，从而使非金属掺杂Ti02 成为光催化领域研究的一个热点。目前，普遍认为利用阴阳离子共掺杂产生的协同催化效应，可以有效的弥补单 一离子掺杂的缺点，尤其是可以进一步扩大Ti02光催化剂的光吸收范围并提高其催化活 性。王剑波等采用scxl-gel法制备了 Fe3+-Ce3+和La3+-Ce3+共掺杂Ti02光催化剂，研究结果 表明共掺杂催化剂的光催化活性均高于单掺杂催化剂，这说明共掺杂体系具有更好的协 调作用和光催化活性。余淑娴等采用sol-gel法合成了 Zn2+、La3+共掺杂Ti02光催化剂并 进行了光电化学研究，实验发现共掺杂可以改变样品的光吸收率和抑制光生载流子的复 合。但是由于目前共掺杂的研究报道较少，尚未见Mo+C共掺杂的一维H2Ti5On ^压。 纳米带材料的实验制备方面的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备 方法，该方法制备工艺简单，对设备要求低，成本低廉，重现性好。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是一维钛酸纳米带光催化剂材料 的Mo+C共掺杂制备方法，其特征在于它包括如下步骤(1)按钛酸丁酯无水乙醇冰醋酸=45mL 180mL 4.5mL,将钛酸丁酯溶 解于无水乙醇中，然后加入冰醋酸，用浓硝酸调节pH至3.0，搅拌；(2)按Mo元素/Ti元素的质量比为0.1 6%加入钼酸铵水溶液，搅拌lh，然后 超声分散1.5h，在80°C下烘干，将得到的产物在500°C下煅烧3h，得到掺Mo的力02粉末；(3)按掺Mo的TiO2粉末葡萄糖氢氧化钠溶液=3.33g (0.1 1.5) g IOOmL,其中氢氧化钠溶液的浓度为2 20M，选取掺Mo的TiO2粉末、葡萄糖和氢 氧化钠溶液；将掺Mo的TiO2粉末和葡萄糖溶入氢氧化钠溶液中，搅拌30 50h，得到 悬浊溶液；(4)然后，悬浊溶液采用水热方法在160 220°C的温度下水热反应2 4天， 通过滴加HCl溶液调整pH值到7.0 ；(5)过滤后在80°C下烘干24h，得到一维钛酸纳米带光催化剂材料。所述HCl溶液的浓度为0.1M。本发明的有益效果是本发明直接采用商用TiO2粉末作为原料，在热碱水热条 件下反应，工艺简单，对设备要求低，重现性好，可控程度高，符合环境要求，并大大 降低了合成成本；具有显著的光催化增强效应。
图1是本发明实施例1的不同Mo+C共掺杂含量的一维钛酸纳米带材料的XRD图谱。图2是本发明实施例1的0.33% Mo+C共掺杂的一维钛酸纳米带的形貌结构表征 图。图3是本发明实施例1的0.64% Mo+C共掺杂的一维钛酸纳米带的形貌结构表征 图。图4是本发明实施例1的1.29% Mo+C共掺杂的一维钛酸纳米带的形貌结构表征 图。图5是本发明实施例1的不同含量Mo掺杂浓度的一维钛酸纳米带材料的光催化 曲线图。图6是本发明实施例1的不同含量Mo+C掺杂浓度的一维钛酸纳米带材料的光催 化曲线图。图7是本发明实施例1的一维纯钛酸纳米带、掺C钛酸纳米带、掺0.33% Mo钛 酸纳米带以及0.33% Mo+C共掺杂钛酸纳米带材料的光催化降解苯后苯含量的变化曲线 图。图8是本发明实施例1的一维纯钛酸纳米带、掺C钛酸纳米带、掺0.33% Mo钛 酸纳米带以及0.33% Mo+C共掺杂钛酸纳米带材料的光催化降解苯后对应CO2含量增加 曲线图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明 的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法，它包括如下步骤(1)将45mL钛酸丁酯溶解于180mL的无水乙醇中，然后加入4.5mL的冰醋酸，用浓硝酸(市售)调节pH至3.0，伴随着剧烈搅拌；(2)按不同的 Mo 元素/Ti 元素的质量比(0.125%、0.25%, 0.33%, 0.64%, 1%> 1.29%, 5.15%)加入钼酸铵水溶液(分成7组)，搅拌lh，然后超声分散1.5h，在 80°C下烘干，将得到的产物在500°C下煅烧3h，得到掺Mo的TiO2粉末；(3)将掺Mo的TiO2粉末3.33g和0.20g葡萄糖溶入体积为100mL、浓度为IOM 的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌40h，得到悬浊溶液；(4)然后采用水热方法在180°C的温度下水热反应48h，通过滴加HCl溶液 (0.1M)调整pH值到7.0 ；(5)过滤除掉滤液后在80°C下烘干24h，即可得到Mo+C共掺杂的一维钛酸 (H2Ti5O11 · 3H20)纳米带光催化剂材料。一维钛酸纳米带光催化剂材料的XRD图谱和SEM图像分别见图1、图2_4。图1为实施例1中不同Mo+C共掺杂含量的一维钛酸纳米带材料的物相表征。 图1说明不同Mo+C共掺杂含量对应的合成产物的XRD图各衍射峰的位置和相对强度 均与钛酸(H2Ti5O11 · 3H20)材料的XRD图谱相吻合(JCPDS No. 44-0131)，这说明掺 杂后钛酸的物相没有发生改变，并且Mo和C的掺杂量对物相没有影响。图2-4 实施例中不同Mo+C共掺杂含量的一维钛酸纳米带材料的形貌结构表 征。图2-4说明不同Mo+C共掺杂含量对应的合成产物均为宽度在200个纳米左右， 长度有几微米的纳米带。同时存在一些较小的团簇，尺寸在几个微米到几十微米之间。 这说明Mo+C的不同含量没有影响形成产物-钛酸纳米带的形貌。图5-6 实施例中不同含量的Mo掺杂和Mo+C共掺杂的一维钛酸纳米带材料的 光催化效应。图5-6说明图5为不同含量Mo掺杂的一维钛酸纳米带降解苯后苯的下 降量和对应的CO2含量的增量，从图5中可以看出当Mo/Ti比为0.33%左右时，其催 化效率达到最佳值，此时在SOmin紫外可见光光照后苯降解完全，并且降解苯得到的CO2 含量为IOOOppm左右。图6为不同含量Mo+C掺杂的一维钛酸纳米带降解苯后苯的下降 量和对应的CO2含量的增量，从图6中可以看出当Mo/Ti比为0.33%左右时，其催化 效率达到最佳值，此时在60min紫外可见光光照后苯降解完全，并且降解苯得到的(02含 量为1200ppm左右。可见，Mo/Ti比为0.33%时，对应的Mo_C共掺杂一维钛酸纳米带 材料的光催化活性最高。图7-8:实施例中一维纯钛酸纳米带、掺C钛酸纳米带、掺0.33% Mo钛酸纳米 带以及0.33% Mo+C共掺杂钛酸纳米带材料的光催化效应。图7-8说明图7-8为Mo掺杂浓度为0.33%时，各种掺杂情况的一维钛酸纳米 线降解苯后苯含量的变化曲线及对应CO2含量增加曲线，从图7-8中可以很清晰的看出 C掺杂的一维钛酸纳米带在SOmin紫外可见光光照后，其苯的相对含量下降为25%， 对应的CO2含量增加约为200ppm，其催化活性有一定的提高，但效果不是很明显。但 是Mo掺杂的一维钛酸纳米带相对于一维钛酸纳米带其光催化活性有了很大的提高，并 且Mo+C共掺杂的一维钛酸纳米带的催化活性比Mo掺杂的一维钛酸纳米带更好，所以 Mo+C共掺杂对于提高其光催化效应有很大的改善(即具有显著的光催化增强效应)。实施例2 一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法，它包括如下步骤
(1)将45mL钛酸丁酯溶解于180mL的无水乙醇中，然后加入4.5mL的冰醋酸， 用浓硝酸(市售)调节pH至3.0，搅拌；(2)按Mo元素/Ti元素的质量比0.1加入钼酸铵水溶液，搅拌lh，然后超声分 散1.5h，在80°C下烘干，将得到的产物在500°C下煅烧3h，得到掺Mo的TiO2粉末；(3)将掺Mo的TiO2粉末3.33g和O.lg葡萄糖溶入体积为lOOmL、浓度为2M的 氢氧化钠溶液中剧烈搅拌30h，得到悬浊溶液；(4)然后采用水热方法在160°C的温度下水热反应2天，通过滴加HCl溶液 (0.1M)调整pH值到7.0 ；(5)过滤除掉滤液后在80°C下烘干24h，即可得到Mo+C共掺杂的一维钛酸 (H2Ti5O11 · 3H20)纳米带光催化剂材料。本实施例的光催化效应与实施例1相同，即有很大的改善。实施例3 一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法，它包括如下步骤(1)将45mL钛酸丁酯溶解于180mL的无水乙醇中，然后加入4.5mL的冰醋酸， 用浓硝酸(市售)调节pH至3.0，搅拌；(2)按Mo元素/Ti元素的质量比6%加入钼酸铵水溶液，搅拌lh，然后超声分 散1.5h，在80°C下烘干，将得到的产物在500°C下煅烧3h，得到掺Mo的TiO2粉末；(3)将掺Mo的TiO2粉末3.33g和1.5g葡萄糖溶入体积为lOOmL、浓度为20M 的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌50h，得到悬浊溶液；(4)然后采用水热方法在220°C的温度下水热反应4天，通过滴加HCl溶液 (0.1M)调整pH值到7.0 ；(5)过滤除掉滤液后在80°C下烘干24h，即可得到Mo+C共掺杂的一维钛酸 (H2Ti5O11 · 3H20)纳米带光催化剂材料。本实施例的光催化效应与实施例1相同，即有很大的改善。本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参 数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
1.一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+c共掺杂制备方法，其特征在于它包括如下 步骤(1)按钛酸丁酯无水乙醇冰醋酸=45mL 180mL 4.5mL,将钛酸丁酯溶解于 无水乙醇中，然后加入冰醋酸，用浓硝酸调节pH至3.0，搅拌；(2)按Mo元素/Ti元素的质量比0.1 6%加入钼酸铵水溶液，搅拌lh，然后超声分 散1.5h，在80°C下烘干，将得到的产物在500°C下煅烧3h，得到掺Mo的TiO2粉末；(3)按掺Mo的TiO2粉末葡萄糖氢氧化钠溶液=3.33g 0.1 1.5g IOOmL, 其中氢氧化钠溶液的浓度为2 20M，选取掺Mo的TiO2粉末、葡萄糖和氢氧化钠溶液； 将掺Mo的TiO2粉末和葡萄糖溶入氢氧化钠溶液中，搅拌30 50h，得到悬浊溶液；(4)然后，悬浊溶液采用水热方法在160 220°C的温度下水热反应2 4天，通过 滴加HCl溶液调整pH值到7.0 ；(5)过滤后在80°C下烘干24h，得到一维钛酸纳米带光催化剂材料。
2.根据权利要求1所述的一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法，其 特征在于所述HCl溶液的浓度为0.1M。
全文摘要
本发明涉及一维钛酸纳米带材料的制备方法。一维钛酸纳米带光催化剂材料的Mo+C共掺杂制备方法，其特征在于它包括如下步骤(1)按钛酸丁酯∶无水乙醇∶冰醋酸＝45mL∶180mL∶4.5mL，将钛酸丁酯溶解于无水乙醇中，然后加入冰醋酸，用浓硝酸调节pH至3.0，搅拌；(2)按Mo元素/Ti元素的质量比0.1～6％加入钼酸铵水溶液，得到掺Mo的TiO2粉末；(3)按掺Mo的TiO2粉末∶葡萄糖∶氢氧化钠溶液＝3.33g∶0.1～1.5g∶100mL，将掺Mo的TiO2粉末和葡萄糖溶入氢氧化钠溶液中，得到悬浊溶液；(4)采用水热方法，通过滴加HCl溶液调整pH值到7.0；(5)过滤后烘干，得到一维钛酸纳米带光催化剂材料。本发明工艺简单，重现性好，符合环境要求，具有显著的光催化增强效应。
文档编号B01J35/02GK102008951SQ201010538760
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者刘曰利, 周静, 舒威, 蔡祎, 陈文 申请人:武汉理工大学