一种二氧化钛/g?C₃N₄量子点复合催化剂的制备方法

一种二氧化钛/g?C₃N₄量子点复合催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种利用溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒和g?C3N4量子点二元复合催化剂的方法。本发明采用溶胶凝胶法先制备出锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒，然后将g?C3N4量子点加入到二氧化钛纳米颗粒中，利用超声和水浴加热搅拌，使二者混合，得到具有优异光催化性能的异质结复合材料。该复合材料相较于现有二氧化钛材料，具有优异的光催化性能，在光催化处理有机污染物领域具有很好的应用前景。
【专利说明】
一种二氧化钛/ g-G3N4量子点复合催化剂的制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及一种二氧化钛/g_C3N4量子点复合催化剂的制备方法，具体属于光催化复合材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]二氧化钛的光催化活性受其禁带宽度的限制(金红石相的禁带宽度为3.0eV，而锐钛矿相的禁带宽度为3.2eV)，只能被波长小于380nm以下的紫外光所激发。另一方面，当Ti02光催化剂受到太阳光辐射时，被阳光所激发生成的电子-空穴对没有迅速迀移到表面，反而在内部迅速复合，成为了另一个限制其光催化活性的因素。因此，合成具有较窄的能带宽度同时还能够抑制光生电子-空穴的复合的Ti02光催化剂是一个具有挑战性的难题。现在，已经有了许多手段来实现这一想法，例如在二氧化钛中掺入贵金属粒子，金属氧化物，碳基纳米材料等(金春吉，二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究，吉林大学，材料物理与化学，2014，硕士论文)，通过合成一系列二氧化钛复合材料来得到人们所期望的光催化剂。现在已经有了一系列关于二氧化钛/氮化炭复合材料以提高其光催化效率的报道(崔玉民，张文保，g_C3 N4/Ti02复合光催化剂的制备及其性能研究，应用化工，第43卷第8期，2014年8月)。但是现今的二氧化钛氮化炭复合材料的合成方法比较复杂和繁琐，副产物较多，均使用毒性较大的有机溶剂。其次，二氧化钛/氮化炭复合材料的光催化效率虽然得到了一定程度上的提高，但是还远远没有达到让人满意的程度，仍然有更大的提升空间。基于以上几点，将量子点引入到光催化领域，量子点的特殊结构导致了它具有表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应，从而派生出与宏观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观块体材料的物理化学性质，恰好可以弥补二氧化钛的不足。
[0003]本发明将纳米二氧化钛与g_C3N4量子点二者结合在一起，制备出的二元复合体系属于环境友好型复合材料，而且催化效率高。另外，本发明制备工艺简便，生产效率高，而且制备过程中无有毒有害物质引入，属于绿色制备工艺，有利于工业化生产。

【发明内容】

[0004]
本发明的目的是提供一种二氧化钛/VC3N4量子点复合催化剂的制备方法，用以解决有机废水高效处理的问题。
[0005]本发明一种二氧化钛/g_C3N4量子点复合催化剂的制备方法包含以下步骤:
(I)在强力搅拌的条件下，将5_15ml钛酸四正丁酯缓慢加入到20-50ml无水乙醇中，搅拌10-60min后，得到乙醇和钛酸四正丁酯的混合溶液A。
[0006](2)将2-6ml冰醋酸和5-15ml去离子水加入20-50ml无水乙醇中，强力搅拌10-60min后，得到乙醇、冰醋酸、去离子水的混合溶液B;向混合溶液B中滴加盐酸，调节PH〈3。
[0007](3)在10-30 °C水浴、搅拌条件下，将上述混合溶液A以0.5_2滴/秒的速度，滴加到混合溶液B中；滴加完毕后，持续搅拌直至产生凝胶后，再在20-60°C水浴下静置至凝胶完全。
[0008](4)将上述步骤所得的凝胶于40-80°C干燥6_24h，再分别经研磨、煅烧、自然冷却、研磨，得到纳米二氧化钛;所述的煅烧升温速率3°C/min,维持500V，煅烧3小时。
[0009](5)将10mg纳米二氧化钛加入到100-n毫升的去离子水中，超声分散30min后，加入η毫升0.5mol/L g_C3N4量子点溶液，其后再在10_30°C水浴条件下，搅拌过夜，得到二氧化钛/g_C3N4量子点二元复合催化剂。
[0010]所述的步骤(5)中，η的取值为1、2、4或8。
[0011]本发明的优点:
本发明从复合材料的角度出发，将g_C3N4量子点和T12球形纳米颗粒复合在一起，可以有效地抑制光生载流子的再结合，增加复合材料的稳定性，而且催化效率高，属于环境友好型复合材料。另外，本发明制备工艺简便，生产效率高，制备过程中无有毒有害物质引入，属于绿色制备工艺，有利于工业化生产。
【附图说明】
[0012]图1:本发明二氧化钛/g-C3N4量子点复合催化剂在模拟太阳光下用于降解50ml、I OPPm的甲基橙溶液的降解曲线图。
【具体实施方式】
[0013]
下面通过实施例对本发明作进一步说明，实施例1-4制得的二氧化钛/g-C3N4量子点复合催化剂用T i02-CNQDsX表示，X表示g_C3N4量子点溶液的体积。
[0014]实施例1
I)用量筒量取35mL无水乙醇至一干净烧杯A中，在强力搅拌的条件下慢慢加入1mL钛酸正丁酯，再强力搅拌20min，得到乙醇和钛酸四正丁酯的混合溶液A。
[0015]2)量取35mL无水乙醇至一干净烧杯B中，向B烧杯中加入4mL冰醋酸和1mL去离子水，强力搅拌20min，得到乙醇，冰醋酸，去离子水三者的混合溶液B。滴加适量浓盐酸，调节PH ο
[0016]3)将B烧杯置于25°C水浴条件下并剧烈搅拌，将溶液A悬空缓慢滴加入B烧杯中。
[0017]4)滴加完毕后，持续低速搅拌，直至产生凝胶。并在40°C水浴下静置至凝胶完全
5)将得到的凝胶80 °C干燥，干燥时间12个小时。并将干燥后的样品研磨。
[0018]6)将上述研磨后的样品在马弗炉中高温煅烧。自然冷却后磨细，得到白色Ti02纳米颗粒的粉末。
[0019]7)称量10mg Ti02纳米颗粒，加入99ml去离子水中，超声30min使分散，
8)向上述混合液中加入Iml g_C3N4量子点溶液，将二者混合液置于水浴加热搅拌器中，控制温度25 °C，搅拌过夜。
[°02°] 9)向上述机械混合负载后的二元复合催化剂中加入50ml 1ppm甲基橙进行降解实验。[0021 ] 所得产物为T12-CNQDs 1.0ml,在模拟太阳光下用于降解50ml、1PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率达92.82%。
[0022]实施例2
步骤(7)中，加入98ml去离子水，步骤(8)中加入g_C3N4量子点溶液2ml，其他步骤同实施例I。
[0023]所得产物为Ti02-CNQDs2.0ml，在模拟太阳光下用于降解50ml、1PPm的甲基橙溶液，10min后，降解率达90.15%。
[0024]实施例3
步骤(7 )中，加入96ml去离子水，步骤(8 )中加入g_C3N4量子点溶液4ml，其他步骤同实施例I。
[0025]所得产物为Ti02-CNQDs4.0ml在模拟太阳光下用于降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率达91.38%。
[0026]实施例4
步骤(7)中，加入92ml去离子水，步骤(8)中加入g_C3N4量子点溶液8ml，其他步骤同实施例I。
[0027]所得产物为T12-CNQDsS.0ml，在模拟太阳光下用于降解50ml、10PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率达96.17%。
[0028]
从上述实施例可知，不同配比的量子点溶液和Ti02纳米颗粒复合材料的催化效果均较理想，这都归因于，g_C3N4量子点作为电子传递者，可以有效地抑制光生载流子的再结合，从而提高光催化活性，增强了界面间的电荷转移率。
【主权项】
1.一种二氧化钛/g-C3N4量子点复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述的制备方法包含以下步骤: (1)在强力搅拌的条件下，将5_15ml钛酸四正丁酯缓慢加入到20-50ml无水乙醇中，搅拌10-60min后，得到乙醇和钛酸四正丁酯的混合溶液A ； (2)将2-6ml冰醋酸和5-15ml去离子水加入20-50ml无水乙醇中，强力搅拌10-60min后，得到乙醇、冰醋酸、去离子水的混合溶液B;向混合溶液B中滴加盐酸，调节PH〈3; (3)在10-30°C水浴、搅拌条件下，将上述混合溶液A以0.5-2滴/秒的速度，滴加到混合溶液B中；滴加完毕后，持续搅拌直至产生凝胶后，再在20-60 °C水浴条件下，静置至凝胶完全； (4)将步骤(3)所得的凝胶于40-80°C干燥6-24h，再分别经研磨、煅烧、自然冷却、研磨，得到纳米二氧化钛;所述的煅烧升温速率3 °C /min，维持500 °C煅烧3小时； (5)将10mg纳米二氧化钛加入到100-n毫升的去离子水中，超声分散30min后，加入η毫升0.5mol/L g_C3N4量子点溶液，其后再在10-30°C水浴条件下，搅拌过夜，得到二氧化钛/g-C3N4量子点二元复合催化剂。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛/VC3N4量子点复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述的步骤(5 )中，η的取值为1、2、4或8。
【文档编号】B01J27/24GK106076392SQ201610449256
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】谢宇, 郭若彬, 许秋华, 戴玉华, 凌云
【申请人】南昌航空大学