一种含有杂原子和过渡金属的TiO2催化剂及其制备方法与流程

本发明属于二氧化钛催化剂领域，特别涉及一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、tio2作为光催化剂的一种，因其毒性低、长期光活性、紫外光照射下稳定性高、成本低等特点而被广泛研究。tio2的晶型主要有锐钛矿和金红石两种形式，其中，锐钛矿比金红石相更具光敏活性。tio2被广泛地应用于光催化过程，如光催化水裂解、选择性光有机合成以及空气或水中有机污染物的消除等方面。但是纯相tio2的能隙约为3.2ev，只能利用360nm以下的太阳光，且产物为密实块体颗粒，存在比表面积低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等问题，限制了材料的应用范围。

2、一些研究表明，将杂原子或过渡金属对tio2进行掺杂可以提高其光催化能力。例如，cn110665529a公开了一种含氮掺杂改性纳米二氧化钛催化降解抗生素的方法及评价方法，表明氮掺杂改性纳米二氧化钛对环丙沙星有显著的降解效果，而且催化材料稳定性高，可回收重复利用。cn106955728a公开了一种高效负载型臭氧氧化催化剂的制备方法与应用，将mn的金属氧化物催化剂负载到二氧化钛分子筛内部孔道结构中，催化材料中活性组分含量极高，污染物去除率高，催化活性高。

3、目前，关于杂原子或过渡金属对tio2进行掺杂提高催化性的报道很多，但将杂原子和过渡金属对tio2进行共掺杂的方法较少。因此，有必要发明一种新的制备tio2催化剂的方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，包括：

2、将杂原子源、过渡金属源和钛源在溶剂中搅拌使其分散，形成凝胶；

3、将所述凝胶进行干燥、研磨和煅烧，得到含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂。

4、其进一步的优选技术方案为：杂原子源选自尿素、硫酸铵、氯化铵、硫脲、磷酸铵和氨基酸中的一种或几种的组合。

5、其进一步的优选技术方案为：杂原子源由尿素与氨基酸以质量比5-10：0.5-2组成。

6、其进一步的优选技术方案为：氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸或天冬氨酸中的一种或几种的组合。

7、其进一步的优选技术方案为：过渡金属源选自cu、fe、co和mn的可溶性盐中的一种或几种的组合。

8、其进一步的优选技术方案为：钛源的质量与所述溶剂的体积比为5-10：20-100g/ml。

9、其进一步的优选技术方案为：溶剂选自水、无水乙醇、甲苯、二甲苯或丙酮中一种或几种的组合，所述杂原子为n或n与s的组合。

10、其进一步的优选技术方案为：干燥为，在80-120℃保温8-15h所述煅烧为，在350-500℃保温2-5h。

11、其进一步的优选技术方案为：原子源中杂原子含量、过渡金属源中金属元素含量及钛源中钛含量的质量比为0.01-0.05：0.01-0.05：1。

12、其进一步的优选技术方案为：一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的应用，用于光催化降解有机污染物。

13、本发明的有益效果：

14、(1)本发明通过调整杂原子源的配比以及过渡金属源的组成显著提高tio2的光催化降解活性：同杂原子掺杂的情况下，fe和mn掺杂后的对可见光的吸收性能优于fe和cu掺杂以及fe和co掺杂，能有效减小tio2的禁带宽度；调整过渡金属源与钛源的质量比可调控掺杂物的粒径改善tio2复合材料对可见光的吸收性能。

15、(2)较小分子量的氨基酸与其它的杂原子化合物复合可使得过渡金属掺杂更加均匀，也能更好形成氧空位降低tio2的带隙。

16、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述杂原子源选自尿素、硫酸铵、氯化铵、硫脲、磷酸铵和氨基酸中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述杂原子源由尿素与氨基酸以质量比5-10：0.5-2组成。

4.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸或天冬氨酸中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，过渡金属源选自cu、fe、co和mn的可溶性盐中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛源的质量与所述溶剂的体积比为5-10：20-100g/ml。

7.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自水、无水乙醇、甲苯、二甲苯或丙酮中一种或几种的组合，所述杂原子为n或n与s的组合。

8.根据权利要求1所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥为，在80-120℃保温8-15h，所述煅烧为，在350-500℃保温2-5h。

9.根据权利要求1-8所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂，其特征在于，所述杂原子源中杂原子含量、过渡金属源中金属元素含量及钛源中钛含量的质量比为0.01-0.05：0.01-0.05：1。

10.根据权利要求9所述的一种含有杂原子和过渡金属的tio2催化剂的应用，其特征在于，用于光催化降解有机污染物。

技术总结
本发明属于二氧化钛催化剂领域，特别涉及一种含有杂原子和过渡金属的TiO<subgt;2</subgt;催化剂及其制备方法，包括将杂原子源、过渡金属源和钛源在溶剂中搅拌使其分散，形成凝胶；将所述凝胶进行干燥、研磨和煅烧，得到含有杂原子和过渡金属的TiO<subgt;2</subgt;催化剂。本发明通过调整杂原子源的配比以及过渡金属源的组成显著提高TiO<subgt;2</subgt;的光催化降解活性：同杂原子掺杂的情况下，Fe和Mn掺杂后的对可见光的吸收性能优于Fe和Cu掺杂以及Fe和Co掺杂，能有效减小TiO<subgt;2</subgt;的禁带宽度；调整过渡金属源与钛源的质量比可调控掺杂物的粒径改善TiO<subgt;2</subgt;复合材料对可见光的吸收性能。

技术研发人员：谢波,刘芯宇,刘永胜,吴旺
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14