一种泡沫镍负载钐掺杂氧化钛光催化剂的制备方法与流程

本发明属于环保制剂的制备方法领域，具体涉及一种泡沫镍负载钐掺杂氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术：

在工业和经济日益发达的今天，能源短缺、环境污染等问题变得刻不容缓。挥发性有机物(volatileorganiccompounds，vocs)是指20℃条件下，蒸汽压不小于10pa或者101.325kpa标准大气压下，沸点不高于260℃的有机化合物或者实际生产条件下具有以上相应挥发性的有机化合物(甲烷除外)的统称。通常分为非甲烷碳氢化合物、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类。大多数vocs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。

目前国内外工业上对vocs的处理技术主要有燃烧法、吸附法、吸收法、光催化法等。在实际应用中，由于光催化氧化法具有可在常温常压下进行、能耗低、操作工艺简单、无二次污染等优点，受到越来越多研究者的关注。tio2具有化学稳定性好、无毒、催化活性高、价廉等优点，在光催化材料中应用较为广泛，但tio2禁带宽度相对较大，对可见光响应较低，严重影响tio2的催化活性，限制了其使用范围。通过对tio2进行掺杂改性或是制备tio2复合材料来改善tio2的催化活性。

2002年khan等发表于《science》杂志(shahedu.m.khan,williamb.inglerjr.etal.science,2002,297(27):2243)用ti金属在天然气中燃烧得到掺c的tio2光催化剂，降低了tio2的禁带宽度，使tio2具有可见光响应催化活性。

作为一种典型的稀土功能材料，sm³⁺具有丰富的电子能级，很容易成为空穴或电子的捕获陷阱，tio2材料中引入sm³⁺后，在拓宽光吸收响应范围的同时，可以改变tio2的费米能级，有效延长电子和空穴的复合时间，改善tio2的催化活性。此外tio2材料相当多的研究是在悬浮体系中进行的，由于催化剂的分离和回收存在一定的困难，成本太高限制了其在实际中的应用。因此，研究一种工艺简单、催化性能好、易回收、可重复利用的sm³⁺掺杂tio2催化剂的制备方法具有良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种泡沫镍负载钐掺杂氧化钛光催化剂的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明方法工艺简单、易回收，制备的催化剂具有高催化活性、可重复利用的特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种泡沫镍负载钐掺杂氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将钛酸四正丁酯溶于无水乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中，然后按照元素摩尔比nti：nsm为0.25％～1％加入六水合硝酸钐，搅拌均匀得到混合溶液a；

步骤二：将混合溶液a进行均相水热反应，待反应结束后，取出产物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤若干次，然后干燥即得到sm³⁺掺杂tio2粉末；

步骤三：将sm³⁺掺杂tio2粉末溶入无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再加入乙基纤维素和松油醇，再次混合均匀，置于搅拌状态下蒸发溶剂，得到胶体；

步骤四：将泡沫镍去除表面污物，取出后用去离子水清洗若干次，然后浸泡在盐酸中酸化，取出后用去离子水清洗若干次，烘干备用；

步骤五：将步骤三得到的胶体涂于步骤四得到的泡沫镍上，自然晾干后煅烧即得到泡沫镍负载sm³⁺掺杂tio2光催化剂。

进一步地，步骤一中无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3。

进一步地，步骤一中每70ml无水乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中加入2.55g钛酸四正丁酯。

进一步地，步骤二中均相水热反应具体为：将混合溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应时间为24h。

进一步地，步骤三中每12ml无水乙醇中加入1gsm³⁺掺杂tio2粉末，sm³⁺掺杂tio2粉末与乙基纤维素和松油醇的质量比为1:0.35:5。

进一步地，步骤四中将泡沫镍浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

进一步地，步骤五中煅烧温度为450℃，煅烧时间为30min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的sm³⁺掺杂tio2催化剂制备方法简单、易回收、可重复利用。sm³⁺掺杂可使tio2的禁带宽度变大，光吸收响应范围变宽，有效延长电子和空穴的复合时间，最终使得tio2的光催化活性得到改善。将sm³⁺掺杂tio2催化剂涂覆于泡沫镍基底上，其暴露的有效活性位点增多，反应比表面积增大，催化性能好，对甲醛等气体的降解率可达94％以上。

附图说明

图1是本发明实施例3所制备的sm³⁺掺杂tio2催化剂的uv-vis吸收光谱图；

图2为纯tio2和本发明实施例3所制备的sm³⁺掺杂tio2催化剂的带隙宽度模型图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种泡沫镍负载钐掺杂氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将一定量的钛酸四正丁酯(c16h36o4ti)溶于无水乙醇(c2h6o)和乙酰丙酮(c5h8o2)混合溶液中；按照元素摩尔比nti：nsm为0.25％～1％称量定量六水合硝酸钐(sm(no3)3·6h2o)缓慢加入上述溶液中，持续搅拌4h，其中无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3，每70ml无水乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中加入2.55g钛酸四正丁酯。

2)将混合溶液转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应24h。待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤3次，60℃、干燥4h即可得到sm³⁺掺杂tio2粉末。

3)称取一定量的步骤2)得到的sm³⁺掺杂tio2粉末，将其溶入无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再向溶液中加入适量乙基纤维素和松油醇，再次混合均匀，置于磁力搅拌器搅拌状态下蒸发溶剂，得到合适浓度的胶体，其中每12ml无水乙醇中加入1gsm³⁺掺杂tio2粉末，sm³⁺掺杂tio2粉末与乙基纤维素和松油醇的质量比为1:0.35:5。

4)将泡沫镍(2cm×2cm)浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

5)将步骤4)得到的泡沫镍置于匀胶机上，在一定的转速下将步骤3)所得胶体涂于泡沫镍上，自然晾干后置于马弗炉中450℃煅烧30min得到泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)将2.55g的钛酸四正丁酯(c16h36o4ti)溶于70ml无水乙醇(c2h6o)和乙酰丙酮(c5h8o2)混合溶液(无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3)中；按照元素摩尔比nti：nsm为0.25％称量定量六水合硝酸钐(sm(no3)3·6h2o)缓慢加入上述溶液中，持续搅拌4h。

2)将混合溶液转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应24h。待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤3次，干燥4h即可得到sm³⁺掺杂tio2粉末。

3)称取1g的步骤2)得到的sm³⁺掺杂tio2粉末，将其溶入12ml无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再向溶液中加入0.35g乙基纤维素和5g松油醇，再次混合均匀，置于磁力搅拌器搅拌状态下蒸发溶剂，得到合适浓度的胶体。

4)将泡沫镍浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

5)将步骤4)得到的泡沫镍置于匀胶机上，在一定的转速下将步骤3)所得胶体涂于泡沫镍上，自然晾干后置于马弗炉中450℃煅烧30min得到泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂。

6)在装有紫外灯的光催化反应器中装入泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂，将该反应器放入透明箱体中，往箱体中注入甲醛，用甲醛浓度检测仪检测到箱体中的甲醛90分钟后可降解90％以上。

实施例2

1)将2.55g的钛酸四正丁酯(c16h36o4ti)溶于70ml无水乙醇(c2h6o)和乙酰丙酮(c5h8o2)混合溶液(无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3)中；按照元素摩尔比nti：nsm为0.5％称量定量六水合硝酸钐(sm(no3)3·6h2o)缓慢加入上述溶液中，持续搅拌4h。

2)将混合溶液转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应24h。待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤3次，干燥4h即可得到sm³⁺掺杂tio2粉末。

3)称取1g的步骤2)得到的sm³⁺掺杂tio2粉末，将其溶入12ml无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再向溶液中加入0.35g乙基纤维素和5g松油醇，再次混合均匀，置于磁力搅拌器搅拌状态下蒸发溶剂，得到合适浓度的胶体。

4)将泡沫镍浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

5)将步骤4)得到的泡沫镍置于匀胶机上，在一定的转速下将步骤3)所得胶体涂于泡沫镍上，自然晾干后置于马弗炉中450℃煅烧30min得到泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂。

6)在装有紫外灯的光催化反应器中装入泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂，将该反应器放入透明箱体中，往箱体中注入甲醛，用甲醛浓度检测仪检测到箱体中的甲醛90分钟后可降解90％以上。

实施例3

1)将2.55g的钛酸四正丁酯(c16h36o4ti)溶于70ml无水乙醇(c2h6o)和乙酰丙酮(c5h8o2)混合溶液(无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3)中；按照元素摩尔比nti：nsm为0.75％称量定量六水合硝酸钐(sm(no3)3·6h2o)缓慢加入上述溶液中，持续搅拌4h。

2)将混合溶液转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应24h。待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤3次，干燥4h即可得到sm³⁺掺杂tio2粉末。

3)称取1g的步骤2)得到的sm³⁺掺杂tio2粉末，将其溶入12ml无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再向溶液中加入0.35g乙基纤维素和5g松油醇，再次混合均匀，置于磁力搅拌器搅拌状态下蒸发溶剂，得到合适浓度的胶体。

4)将泡沫镍浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

5)将步骤4)得到的泡沫镍置于匀胶机上，在一定的转速下将步骤3)所得胶体涂于泡沫镍上，自然晾干后置于马弗炉中450℃煅烧30min得到泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂。

6)在装有紫外灯的光催化反应器中装入泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂，将该反应器放入透明箱体中，往箱体中注入甲醛，用甲醛浓度检测仪检测到箱体中的甲醛90分钟后可降解94％以上。

实施例4

1)将2.55g的钛酸四正丁酯(c16h36o4ti)溶于70ml无水乙醇(c2h6o)和乙酰丙酮(c5h8o2)混合溶液(无水乙醇和乙酰丙酮的体积比为11:3)中；按照元素摩尔比nti：nsm为1％称量定量六水合硝酸钐(sm(no3)3·6h2o)缓慢加入上述溶液中，持续搅拌4h。

2)将混合溶液转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在70％，反应温度控制为200℃，反应24h。待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤3次，干燥4h即可得到sm³⁺掺杂tio2粉末。

3)称取1g的步骤2)得到的sm³⁺掺杂tio2粉末，将其溶入12ml无水乙醇中，待搅拌、超声分散均匀后再向溶液中加入0.35g乙基纤维素和5g松油醇，再次混合均匀，置于磁力搅拌器搅拌状态下蒸发溶剂，得到合适浓度的胶体。

4)将泡沫镍浸渍于丙酮溶液30min去除表面污物，取出后用去离子水清洗3次，然后浸泡在体积分数为5％的盐酸中酸化30min，取出后用去离子水清洗3次，烘干备用。

5)将步骤4)得到的泡沫镍置于匀胶机上，在一定的转速下将步骤3)所得胶体涂于泡沫镍上，自然晾干后置于马弗炉中450℃煅烧30min得到泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂。

6)在装有紫外灯的光催化反应器中装入泡沫镍基sm³⁺掺杂tio2催化剂，将该反应器放入透明箱体中，往箱体中注入甲醛，用甲醛浓度检测仪检测到箱体中的甲醛90分钟后可降解90％以上。

如图1是本发明实施例3所制备的sm³⁺掺杂tio2催化剂的uv-vis吸收光谱图，从图中可以看出所制备的样品与纯tio2相比，在紫外光区域吸收光谱发生红移；图2为纯tio2和本发明实施例3所制备的sm³⁺掺杂tio2催化剂的带隙宽度模型图，由图可以看出sm³⁺掺杂tio2的带隙宽度变大，有助于光催化剂性能的提高。