一种Au-N共掺杂TiO2纳米管的制备方法及光电催化净水系统与流程

本发明涉及tio2光电催化，具体而言，涉及一种au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法及光电催化净水系统。

背景技术：

1、针对tio2纳米管光利用率不高的问题，发明人前期在非金属元素掺杂中筛选出n掺杂进行了系统研究，采用远程等离子体表面改性法对tio2纳米管进行了掺氮改性，制备出n-tio2纳米管，研究结果表明在最优掺氮条件(掺氮功率10w，掺氮时间90s)下纳米管有较好的降解性能。本申请针对tio2纳米管光量子效率和光利用率较低的问题，重点研究au掺杂的最优条件和au、n共掺杂的协同效应，利用光沉积法进行掺金，制备出au-n-tio2纳米管，进一步增强tio2的光电催化性能。

技术实现思路

1、本发明的目的包括，例如，提供一种au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法及光电催化净水系统，其能够增强tio2的光电催化性能，改善现有技术中存在的tio2纳米管光量子效率和光利用率较低的问题。

2、本发明的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本发明实施例提供一种au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，包括：

4、前处理步骤：将预设规格的钛片进行前处理；

5、电解液制备步骤：配置h3po4溶液和nh4f溶液，并混合所述h3po4溶液和所述nh4f溶液；

6、阳极氧化步骤：以经所述前处理步骤后的钛片为阳极、石墨为阴极、所述电解液制备步骤制备的混合液为电解液，对所述钛片进行电解氧化；将电解氧化后的所述钛片清洗、干燥，得到tio2电极；

7、au-tio2电极制备步骤：将所述阳极氧化步骤制得的所述tio2电极浸没在不同浓度的aucl3·hcl·4h2o溶液中；用高压汞灯垂直照射预设时间，所述预设时间与所述aucl3·hcl·4h2o溶液的浓度正相关；之后，进行冲洗、干燥，得到au-tio2电极；

8、au-tio2电极掺氮改性步骤：采用等离子体反应系统对所述掺金tio2电极制备步骤制备的au-tio2电极进行掺氮改性，得到au-n-tio2电极；将所述au-n-tio2电极煅烧，得到au-n-tio2纳米管电极。

9、进一步地，在可选的实施例中，所述前处理步骤包括：

10、将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理；

11、将清洗后的钛片放入氢氟酸、硝酸和蒸馏水的混合液体中酸洗；

12、将酸洗后的钛片用蒸馏水反复清洗，再烘干。

13、进一步地，在可选的实施例中，所述无水乙醇溶液的质量分数为99.7％。

14、进一步地，在可选的实施例中，所述氢氟酸、硝酸和蒸馏水的混合液体中，氢氟酸、硝酸和蒸馏水的体积比为1:4:5。

15、进一步地，在可选的实施例中，在所述将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理的步骤中，所述超声波清洗器的工作条件为45℃和80w，且所述超声波清洗器的工作时间为60分钟。

16、进一步地，在可选的实施例中，在所述电解液制备步骤中，配置1mol/l的h3po4溶液和1mol/l的nh4f溶液。

17、进一步地，在可选的实施例中，在所述au-tio2电极制备步骤中，不同浓度的所述aucl3·hcl·4h2o溶液的浓度分别为0.02mm、0.2mm、2.0mm的aucl3·hcl·4h2o溶液。

18、进一步地，在可选的实施例中，所述aucl3·hcl·4h2o溶液的浓度分别为0.02mm、0.2mm、2.0mm，所述高压汞灯垂直照射的时间对应为0.5h、1h、2h。

19、进一步地，在可选的实施例中，在所述au-tio2电极掺氮改性步骤中，掺氮改性的功率为10w、时间为90s；所述au-n-tio2电极放入450℃的箱式电阻炉中煅烧2h，得到au-n-tio2纳米管电极。

20、第二方面，本发明实施例提供一种光电催化净水系统，包括au-n共掺杂tio2纳米管，所述au-n共掺杂tio2纳米管由前述任一项的制备方法进行制备。

21、本发明提供的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法以及光电催化净水系统具有以下有益效果：

22、从目前的研究中得出仅通过单一元素的掺杂很难将tio2的量子效率和可见光响应同时提高的结论，而采用金属和非金属共掺杂可以利用元素间的协同作用同时提高这两方面的性能。有可见光响应的金属离子有v、zn、cr、mn、al、co、fe、ni、ag、au、pt、pd、bi，主要用于降低tio2带隙能量，并使tio2从紫外区域吸收红移，使紫外光光催化效率大大提高。非金属离子有n、s、c、b、p、i、f，主要通过抑制电子-空穴复合和提高·oh的氧化还原电位来提高量子效率。本发明实施例提供的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法以及光电催化净水系统能够增强tio2的光电催化性能，改善现有技术中存在的tio2纳米管光量子效率和光利用率较低的问题。

技术特征：

1.一种au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤包括：

3.根据权利要求2所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇溶液的质量分数为99.7％。

4.根据权利要求2所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸、硝酸和蒸馏水的混合液体中，氢氟酸、硝酸和蒸馏水的体积比为1:4:5。

5.根据权利要求2所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，在所述将预设规格的钛片依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和蒸馏水，并均通过超声波清洗器进行超声处理的步骤中，所述超声波清洗器的工作条件为45℃和80w，且所述超声波清洗器的工作时间为60分钟。

6.根据权利要求1所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，在所述电解液制备步骤中，配置1mol/l的h3po4溶液和1mol/l的nh4f溶液。

7.根据权利要求1所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，在所述au-tio2电极制备步骤中，不同浓度的所述aucl3·hcl·4h2o溶液的浓度分别为0.02mm、0.2mm、2.0mm的aucl3·hcl·4h2o溶液。

8.根据权利要求7所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，所述aucl3·hcl·4h2o溶液的浓度分别为0.02mm、0.2mm、2.0mm，所述高压汞灯垂直照射的时间对应为0.5h、1h、2h。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的au-n共掺杂tio2纳米管的制备方法，其特征在于，在所述au-tio2电极掺氮改性步骤中，掺氮改性的功率为10w、时间为90s；所述au-n-tio2电极放入450℃的箱式电阻炉中煅烧2h，得到au-n-tio2纳米管电极。

10.一种光电催化净水系统，其特征在于，包括au-n共掺杂tio2纳米管，所述au-n共掺杂tio2纳米管由权利要求1-9任一项所述的制备方法进行制备。

技术总结
本发明提供的Au‑N共掺杂TiO2纳米管的制备方法及光电催化净水系统，涉及TiO<subgt;2</subgt;光电催化技术领域。该制备方法包括：前处理步骤；电解液制备步骤；阳极氧化步骤：对钛片进行电解氧化；将电解氧化后的钛片清洗、干燥，得到TiO<subgt;2</subgt;电极；Au‑TiO<subgt;2</subgt;电极制备步骤：将TiO<subgt;2</subgt;电极浸没在不同浓度的AuCl<subgt;3</subgt;·HCl·4H<subgt;2</subgt;O溶液中；用高压汞灯垂直照射预设时间之后，进行冲洗、干燥，得到Au‑TiO<subgt;2</subgt;电极；Au‑TiO<subgt;2</subgt;电极掺氮改性步骤：采用等离子体反应系统对掺金TiO<subgt;2</subgt;电极制备步骤制备的Au‑TiO<subgt;2</subgt;电极进行掺氮改性，得到Au‑N‑TiO<subgt;2</subgt;电极；将Au‑N‑TiO<subgt;2</subgt;电极煅烧，得到Au‑N‑TiO<subgt;2</subgt;纳米管电极。本发明能够增强TiO<subgt;2</subgt;的光电催化性能，改善现有技术中存在的TiO<subgt;2</subgt;纳米管光量子效率和光利用率较低的问题。

技术研发人员：魏超,李伟,陈洋洋,王哲,江振宇,刘成国
受保护的技术使用者：中化学城市投资有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15