一种具备光催化还原性能的CeO2‑TiO2纳米复合材料的制备方法与流程

技术领域

本发明涉及一种具备光催化还原性能的CeO₂-TiO₂纳米复合材料的制备方法，具体属于光催化材料技术领域。

背景技术：

光催化技术具有经济、高效、不易造成二次污染等优点，在处理环境污染物中得到广泛的应用。目前最常用的光催化材料是TiO₂，因为其无毒，化学性质稳定且成本低廉。但其只能主要利用紫外光及较低的光催化效率制约了它的应用，因此，许多方法发展起来用于改性TiO₂以提高其效率。其中，金属氧化物复合法得到广泛的应用。在这里面，CeO₂复合TiO₂的纳米材料引起了众多的关注。Ce是一种无毒且成本低廉的镧系稀土元素。CeO₂特殊的f和d电子轨道结构、独特的UV吸收性能、高电子传导率、高热稳定性和大的储氧性能都可显著地提高TiO₂的光催化效率。已经有众多的CeO2-TiO2纳米复合材料被报道。例如：胡明江报道用同轴静电纺丝法制备了CeO2-TiO2复合纳米纤维，可用效用于醛酮类有机污染物的光催化氧化降解[环境科学学报，2015，35（01）：215-221]；奚丽荷等报道采用液相合成法制备CeO2-TiO2纳米复合材料，可用效用于甲醛的光催化氧化[功能材料，2007，38（11）：1762-1765]。但是，值得注意的是，目前CeO₂-TiO₂纳米复合材料的光催化性能的应用主要局限于光催化氧化有机物的反应。这是因为，Ce对诸多有机化合物的官能团具有很强的亲和性，因此它可以将有机物富集在光催化剂表面，从而提高光催化效率。因此，CeO₂-TiO₂纳米复合材料用于光催化氧化有机污染物的性能被广泛报道[Mater. Res. Bull. 45 (2010) 1406-1412; Appl. Surf. Sci. 255 (2009) 5975-5978]。但是，具备光催化还原性能的CeO₂-TiO₂纳米复合物几乎没有报道，这极大地制约了CeO₂-TiO₂这种优秀光催化材料的应用。拓展CeO₂-TiO₂纳米复合物的可见光还原性能，已成为该领域研究的一个焦点。本发明旨在探索解决这一关键问题的方法。

催化剂的性能与其制备的方法及复合组分的比例密切相关，从这些方面进行探索有利于发展催化剂新的制备方法。本发明方法以水热、煅烧的方法制备CeO₂-TiO₂纳米复合材料，以本发明所述制备方法及复合组分的比例获得的CeO₂-TiO₂纳米复合材料，具备以往CeO₂-TiO₂没有报道过的性能，具备在可见下激发下光催化还原水体中重金属污染物Cr(VI)的性能。本发明方法，可有效地拓宽CeO₂-TiO₂纳米复合材料的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具备光催化还原性能的CeO₂-TiO₂纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在乙醇中，得到硝酸铈溶液；将钛酸正丁酯溶解在乙醇与去离子水的混和液中，得到钛酸正丁酯溶液；将上述两种溶液中在超声的条件下混和分散均匀，得到反应混合物。

将步骤的反应混合物放入水热反应釜中，维持120℃反应48h。

将步骤的反应产物冷却至室温后进行离心分离，所得滤饼经洗涤、烘干处理后进行煅烧，得到CeO₂-TiO₂纳米复合材料。

所述的Ce(NO₃)₃.6H₂O与钛酸正丁酯的Ce/Ti的摩尔比为1:0.5～5。

所述的钛酸正丁酯溶解在乙醇与去离子水的混和液中，乙醇与去离子水的体积比为2:1。

所述煅烧的条件为维持450℃煅烧5h，升温速率为5℃min⁻¹。

本发明的优点是：所述方法简单，易操作。通过本方法制备的CeO₂-TiO₂纳米复合材料可在可见光激发下，对水相中的Cr(VI)有效地进行光催化还原，该材料可有效地应用于水体中重金属污染的光催化治理，使得材料适合于大范围推广应用。

附图说明

图1为本发明CeO₂-TiO₂纳米复合材料的扫描电镜图；

图2为本发明CeO₂-TiO₂纳米复合材料光催化还原Cr(VI)性能。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例1

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，352uL钛酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去离子水的混和液中。将上述两种溶液在超声的条件下混和并分散均匀，然后将混和液装入100 mL水热反应釜，120℃下反应48h。反应结束后待体系降到室温后，将反应所得的固体通过离心分离并收集，然后用去离子水和乙醇交替清洗干净，于60℃烘干过夜。最后，将所得材料于450℃下煅烧5h，升温速率为5℃/min-1。

实施例2

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，117uL钛酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去离子水的混和液中。将上述两种溶液在超声的条件下混和并分散均匀，然后将混和液装入100 mL水热反应釜，120℃下反应48h。反应结束后待体系降到室温后，将反应所得的固体通过离心分离并收集，然后用去离子水和乙醇交替清洗干净，于60℃烘干过夜。最后，将所得材料于450℃下煅烧5h，升温速率为5℃/min-1。

实施例3

0.1498g Ce(NO₃)₃.6H₂O溶解在20mL乙醇中，587uL钛酸正丁酯溶解在20mL乙醇和10mL去离子水的混和液中。将上述两种溶液在超声的条件下混和并分散均匀，然后将混和液装入100 mL水热反应釜，120℃下反应48h。反应结束后待体系降到室温后，将反应所得的固体通过离心分离并收集，然后用去离子水和乙醇交替清洗干净，于60℃烘干过夜。最后，将所得材料于450℃下煅烧5h，升温速率为5℃/min-1。