具有黑暗催化能力的Bi³⁺掺杂CoTiO₃纳米粉体的制备方法

专利名称：具有黑暗催化能力的Bi³⁺掺杂CoTiO₃ 纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种催化剂的制备方法，具体涉及一种具有黑暗催化能力的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的制备方法。
背景技术：
钛铁矿型CoTiO3是一种新兴的无机功能材料，具有热稳定、机械强度高、催化、敏感等多种性能。近年来，随着人们对节约能源、环境保护意识的提高，钛铁矿作为高效催化剂的作用备受关注。研究已证实纳米CoTiO3是一种性能十分优良的汽油脱硫催化剂[Gates B C, Katzer J R, Schuit G C A. Chemistry of Catalytic Processes[M]. New York McGraw-Hilll979, Chapter 5.],近年来关于钛铁矿型化合物的光催化性逐渐成为研究热点，现有资料显示不同制备方法，特别是不同元素掺杂的CoTiO3粉体表现出多样的催化特征° [Sharma Y K, Kharkwal M, U ma S, et al. Synthesis and characterizationoftitanates of the formula MTiO3(M=Mn, Fe, Co, Ni and Cd)by co-precipitation ofmixed metal oxalates[J]. Polyhedron, 2009, 28 :579-585.]特别值得关注的是Co-Ti-0系列化合物在黑暗条件下即可表现出优异的催化有机物分解的特性。s. Uma研究组发现CoTi03/Ti02复合粉体在黑暗中催化乙醛气体分解的作用大于纯TiO2粉体在紫外光照射下的分解效率[Kapoor P N, UmaS, Rodriguez S, etal. Aerogel processing of MTi2O5 (M=Mg, Mn, Fe, Co, Zn, Sn)compositions using singlesource precursors synthesis, characterization andphotocatalytic behavior[J].Journal of Molecular Catalysis A :Chemical, 2005, 229 :145-150.],这与通常的光催化条件完全不同，该研究预示着CoTiO3系列化合物可作为一种无需光照激发的高效催化剂，在创造清洁生活条件方面具有广阔的应用前景。

发明内容
本发明的目的在于提供一种采用溶胶-凝胶法制备出在黑暗条件下即可催化有机物分解，具有节能高效优势的具有黑暗催化能力的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是I)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3 · H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :0. 5-3的摩尔比混合；2)向A中滴加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为I. O
7.0，得到红褐色溶液记为B ;3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti (OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I :0. 2-4摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ；4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi (NO3) 3 · 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为O. 5% -5. O%，充分搅拌得到的溶胶记为D ；5)将上述溶胶D在20°C -60°c下静置10_48h后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；6)将研细的干凝胶放入马弗炉中500°C -800°C煅烧，保温lh_24h后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。
由于溶胶-凝胶法反应条件温和、掺杂过程可控、所制备的粉体为纳米级且分布均匀，是一种理想的制备掺杂纳米粉体的方法。此方法制备的Bi3+掺杂CoTiO3粉体大小均匀，尺寸在20-100nm范围内。通过控制Bi3+掺杂量可以制备出黑暗催化效果优异的纳米粉体，其催化甲基橙脱色率达到10% -85%。且本发明的制备方法工艺设备简单，原料易得，操作方便，反应条件温和，无污染，所得产物形状规则，粒径分布范围窄，分散性好且掺杂效率高。


图I是实施例3制备的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图2是实施例3制备的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的透射电镜(TEM)照片。图3是实施例3制备的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体黑暗条件下催化甲基橙降解效果图。
具体实施例方式实施例I :I)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3 · H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :0. 5的摩尔比混合；2)向A中滴加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为I. 0，得到红褐色溶液记为B ；3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti (OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I :0. 5摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ；4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi (NO3) 3- 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为O. 5 %，充分搅拌得到的溶胶记为D ；5)将上述溶胶D在20°C下静置48h后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；6)将研细的干凝胶放入马弗炉中500°C煅烧，保温24h后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。实施例2 I)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3 · H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :3的摩尔比混合；2)向A中滴 加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为7. 0，得到红褐色溶液记为B ；3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti (OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I 4摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ；4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi (NO3)3 · 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为5. O %，充分搅拌得到的溶胶记为D ；5)将上述溶胶D在60°C下静置IOh后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；6)将研细的干凝胶放入马弗炉中800°C煅烧，保温Ih后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。实施例3:I)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3 · H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :1的摩尔比混合；2)向A中滴加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为4. 0，得到红褐色溶液记为B ；3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti (OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I 2摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ；4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi (NO3)3 · 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为3. O %，充分搅拌得到的溶胶记为D ；5)将上述溶胶D在40°C下静置24h后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；6)将研细的干凝胶放入马弗炉中600°C煅烧，保温12h后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。由图I可以看出本方法所制备的产物为Bi3+掺杂的CoTiO3晶粒。由图2可以看出产物的平均粒径为50nm。由图3可以看出实施例3所制备的Bi3+掺杂CoTiO3纳米晶在黑暗条件下催化甲基橙降解的脱色率随反应时间的延长而增大，反应4小时脱色率可达到70%。实施例4:I)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3 · H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :2的摩尔比混合；2)向A中滴加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为3. 0，得到红褐色溶液记为B ；3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti (OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I :0. 2摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ；4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi (NO3)3 · 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为I. 0%，充分搅拌得到的溶胶记为D ；5)将上述溶胶D在30°C下静置20h后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；6)将研细的干凝胶放入马弗炉中700°C煅烧，保温8h后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。·
权利要求
1.一种具有黑暗催化能力的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)取分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)和能够完全溶解乙二胺四乙酸的氨水(NH3· H2O),将分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)完全溶解于分析纯的氨水(NH3 · H2O)中，然后加入分析纯六水合硝酸钴(Co (NO3)2 · 6H20)，常温下搅拌得到均匀的红色透明溶液记为A，其中，Co2+与EDTA按I :0. 5-3的摩尔比混合； 2)向A中滴加分析纯的冰醋酸(CH3COOH)并充分搅拌，调节溶液pH值为I.O 7. 0，得到红褐色溶液记为B ； 3)将溶液B缓慢倒入分析纯的酞酸丁酯(Ti(OC4H9)4)中，使溶液中Co2+与Ti4+以I O.2-4摩尔比混合，充分搅拌得到红色透明溶胶记为C ； 4)向溶胶C中添加分析纯的五水合硝酸铋(Bi(NO3)3 · 5H20)，控制Bi3+的摩尔掺杂量为O. 5% -5. O %，充分搅拌得到的溶胶记为D ； 5)将上述溶胶D在20°C-60°C下静置10_48h后，放入干燥箱于80°C干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细； 6)将研细的干凝胶放入马弗炉中500°C_800°C煅烧，保温lh-24h后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。
全文摘要
具有黑暗催化能力的Bi3+掺杂CoTiO3纳米粉体的制备方法，将乙二胺四乙酸完全溶解于分析纯的氨水中后加入六水合硝酸钴得溶液A；向A中滴加冰醋酸得溶液B；将溶液B倒入酞酸丁酯中得溶胶C；向溶胶C中添加五水合硝酸铋得溶胶D；将溶胶D在20℃-60℃下静置后，放入干燥箱干燥，使其形成干凝胶，随后用玛瑙研钵研细；将研细的干凝胶放入马弗炉中500℃-800℃煅烧后随炉冷却，得到目标产物——Bi3+掺杂的CoTiO3纳米粉体。由于溶胶-凝胶法反应条件温和、掺杂过程可控、所制备的粉体为纳米级且分布均匀。此方法制备的Bi3+掺杂CoTiO3粉体大小均匀，尺寸在20-100nm范围内。通过控制Bi3+掺杂量可以制备出黑暗催化效果优异的纳米粉体，其催化甲基橙脱色率达到10％-85％。
文档编号B82Y30/00GK102936038SQ20121045805
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者卢靖, 黄剑锋, 曹丽云, 吴建鹏, 雷玉兰 申请人:陕西科技大学