一種二氧化鈦/g?C₃N₄量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用溶膠凝膠法制備二氧化鈦納米顆粒和g?C3N4量子點(diǎn)二元復(fù)合催化劑的方法。本發(fā)明采用溶膠凝膠法先制備出銳鈦礦型二氧化鈦納米顆粒，然后將g?C3N4量子點(diǎn)加入到二氧化鈦納米顆粒中，利用超聲和水浴加熱攪拌，使二者混合，得到具有優(yōu)異光催化性能的異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。該復(fù)合材料相較于現(xiàn)有二氧化鈦材料，具有優(yōu)異的光催化性能，在光催化處理有機(jī)污染物領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種二氧化鈦/ g-G3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦/g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法，具體屬于光催化復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦的光催化活性受其禁帶寬度的限制(金紅石相的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦相的禁帶寬度為3.2eV)，只能被波長(zhǎng)小于380nm以下的紫外光所激發(fā)。另一方面，當(dāng)Ti02光催化劑受到太陽光輻射時(shí)，被陽光所激發(fā)生成的電子-空穴對(duì)沒有迅速迀移到表面，反而在內(nèi)部迅速復(fù)合，成為了另一個(gè)限制其光催化活性的因素。因此，合成具有較窄的能帶寬度同時(shí)還能夠抑制光生電子-空穴的復(fù)合的Ti02光催化劑是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題?，F(xiàn)在，已經(jīng)有了許多手段來實(shí)現(xiàn)這一想法，例如在二氧化鈦中摻入貴金屬粒子，金屬氧化物，碳基納米材料等(金春吉，二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的制備及其光催化性能的研究，吉林大學(xué)，材料物理與化學(xué)，2014，碩士論文)，通過合成一系列二氧化鈦復(fù)合材料來得到人們所期望的光催化劑?，F(xiàn)在已經(jīng)有了一系列關(guān)于二氧化鈦/氮化炭復(fù)合材料以提高其光催化效率的報(bào)道(崔玉民，張文保，g_C3 N4/Ti02復(fù)合光催化劑的制備及其性能研究，應(yīng)用化工，第43卷第8期，2014年8月)。但是現(xiàn)今的二氧化鈦氮化炭復(fù)合材料的合成方法比較復(fù)雜和繁瑣，副產(chǎn)物較多，均使用毒性較大的有機(jī)溶劑。其次，二氧化鈦/氮化炭復(fù)合材料的光催化效率雖然得到了一定程度上的提高，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到讓人滿意的程度，仍然有更大的提升空間。基于以上幾點(diǎn)，將量子點(diǎn)引入到光催化領(lǐng)域，量子點(diǎn)的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了它具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，從而派生出與宏觀體系和微觀體系不同的低維物性，展現(xiàn)出許多不同于宏觀塊體材料的物理化學(xué)性質(zhì)，恰好可以彌補(bǔ)二氧化鈦的不足。
[0003]本發(fā)明將納米二氧化鈦與g_C3N4量子點(diǎn)二者結(jié)合在一起，制備出的二元復(fù)合體系屬于環(huán)境友好型復(fù)合材料，而且催化效率高。另外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，而且制備過程中無有毒有害物質(zhì)引入，屬于綠色制備工藝，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化鈦/VC3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法，用以解決有機(jī)廢水高效處理的問題。
[0005]本發(fā)明一種二氧化鈦/g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法包含以下步驟:
(I)在強(qiáng)力攪拌的條件下，將5_15ml鈦酸四正丁酯緩慢加入到20-50ml無水乙醇中，攪拌10-60min后，得到乙醇和鈦酸四正丁酯的混合溶液A。
[0006](2)將2-6ml冰醋酸和5-15ml去離子水加入20-50ml無水乙醇中，強(qiáng)力攪拌10-60min后，得到乙醇、冰醋酸、去離子水的混合溶液B;向混合溶液B中滴加鹽酸，調(diào)節(jié)PH〈3。
[0007](3)在10-30 °C水浴、攪拌條件下，將上述混合溶液A以0.5_2滴/秒的速度，滴加到混合溶液B中；滴加完畢后，持續(xù)攪拌直至產(chǎn)生凝膠后，再在20-60°C水浴下靜置至凝膠完全。
[0008](4)將上述步驟所得的凝膠于40-80°C干燥6_24h，再分別經(jīng)研磨、煅燒、自然冷卻、研磨，得到納米二氧化鈦;所述的煅燒升溫速率3°C/min,維持500V，煅燒3小時(shí)。
[0009](5)將10mg納米二氧化鈦加入到100-n毫升的去離子水中，超聲分散30min后，加入η毫升0.5mol/L g_C3N4量子點(diǎn)溶液，其后再在10_30°C水浴條件下，攪拌過夜，得到二氧化鈦/g_C3N4量子點(diǎn)二元復(fù)合催化劑。
[0010]所述的步驟(5)中，η的取值為1、2、4或8。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明從復(fù)合材料的角度出發(fā)，將g_C3N4量子點(diǎn)和T12球形納米顆粒復(fù)合在一起，可以有效地抑制光生載流子的再結(jié)合，增加復(fù)合材料的穩(wěn)定性，而且催化效率高，屬于環(huán)境友好型復(fù)合材料。另外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，制備過程中無有毒有害物質(zhì)引入，屬于綠色制備工藝，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1:本發(fā)明二氧化鈦/g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑在模擬太陽光下用于降解50ml、I OPPm的甲基橙溶液的降解曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實(shí)施例1-4制得的二氧化鈦/g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑用T i02-CNQDsX表示，X表示g_C3N4量子點(diǎn)溶液的體積。
[0014]實(shí)施例1
I)用量筒量取35mL無水乙醇至一干凈燒杯A中，在強(qiáng)力攪拌的條件下慢慢加入1mL鈦酸正丁酯，再強(qiáng)力攪拌20min，得到乙醇和鈦酸四正丁酯的混合溶液A。
[0015]2)量取35mL無水乙醇至一干凈燒杯B中，向B燒杯中加入4mL冰醋酸和1mL去離子水，強(qiáng)力攪拌20min，得到乙醇，冰醋酸，去離子水三者的混合溶液B。滴加適量濃鹽酸，調(diào)節(jié)PH ο
[0016]3)將B燒杯置于25°C水浴條件下并劇烈攪拌，將溶液A懸空緩慢滴加入B燒杯中。
[0017]4)滴加完畢后，持續(xù)低速攪拌，直至產(chǎn)生凝膠。并在40°C水浴下靜置至凝膠完全
5)將得到的凝膠80 °C干燥，干燥時(shí)間12個(gè)小時(shí)。并將干燥后的樣品研磨。
[0018]6)將上述研磨后的樣品在馬弗爐中高溫煅燒。自然冷卻后磨細(xì)，得到白色Ti02納米顆粒的粉末。
[0019]7)稱量10mg Ti02納米顆粒，加入99ml去離子水中，超聲30min使分散，
8)向上述混合液中加入Iml g_C3N4量子點(diǎn)溶液，將二者混合液置于水浴加熱攪拌器中，控制溫度25 °C，攪拌過夜。
[°02°] 9)向上述機(jī)械混合負(fù)載后的二元復(fù)合催化劑中加入50ml 1ppm甲基橙進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。[0021 ] 所得產(chǎn)物為T12-CNQDs 1.0ml,在模擬太陽光下用于降解50ml、1PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率達(dá)92.82%。
[0022]實(shí)施例2
步驟(7)中，加入98ml去離子水，步驟(8)中加入g_C3N4量子點(diǎn)溶液2ml，其他步驟同實(shí)施例I。
[0023]所得產(chǎn)物為Ti02-CNQDs2.0ml，在模擬太陽光下用于降解50ml、1PPm的甲基橙溶液，10min后，降解率達(dá)90.15%。
[0024]實(shí)施例3
步驟(7 )中，加入96ml去離子水，步驟(8 )中加入g_C3N4量子點(diǎn)溶液4ml，其他步驟同實(shí)施例I。
[0025]所得產(chǎn)物為Ti02-CNQDs4.0ml在模擬太陽光下用于降解50ml 1PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率達(dá)91.38%。
[0026]實(shí)施例4
步驟(7)中，加入92ml去離子水，步驟(8)中加入g_C3N4量子點(diǎn)溶液8ml，其他步驟同實(shí)施例I。
[0027]所得產(chǎn)物為T12-CNQDsS.0ml，在模擬太陽光下用于降解50ml、10PPm的甲基橙溶液，120min后，降解率達(dá)96.17%。
[0028]
從上述實(shí)施例可知，不同配比的量子點(diǎn)溶液和Ti02納米顆粒復(fù)合材料的催化效果均較理想，這都?xì)w因于，g_C3N4量子點(diǎn)作為電子傳遞者，可以有效地抑制光生載流子的再結(jié)合，從而提高光催化活性，增強(qiáng)了界面間的電荷轉(zhuǎn)移率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化鈦/g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于:所述的制備方法包含以下步驟: (1)在強(qiáng)力攪拌的條件下，將5_15ml鈦酸四正丁酯緩慢加入到20-50ml無水乙醇中，攪拌10-60min后，得到乙醇和鈦酸四正丁酯的混合溶液A ； (2)將2-6ml冰醋酸和5-15ml去離子水加入20-50ml無水乙醇中，強(qiáng)力攪拌10-60min后，得到乙醇、冰醋酸、去離子水的混合溶液B;向混合溶液B中滴加鹽酸，調(diào)節(jié)PH〈3; (3)在10-30°C水浴、攪拌條件下，將上述混合溶液A以0.5-2滴/秒的速度，滴加到混合溶液B中；滴加完畢后，持續(xù)攪拌直至產(chǎn)生凝膠后，再在20-60 °C水浴條件下，靜置至凝膠完全； (4)將步驟(3)所得的凝膠于40-80°C干燥6-24h，再分別經(jīng)研磨、煅燒、自然冷卻、研磨，得到納米二氧化鈦;所述的煅燒升溫速率3 °C /min，維持500 °C煅燒3小時(shí)； (5)將10mg納米二氧化鈦加入到100-n毫升的去離子水中，超聲分散30min后，加入η毫升0.5mol/L g_C3N4量子點(diǎn)溶液，其后再在10-30°C水浴條件下，攪拌過夜，得到二氧化鈦/g-C3N4量子點(diǎn)二元復(fù)合催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/VC3N4量子點(diǎn)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于:所述的步驟(5 )中，η的取值為1、2、4或8。
【文檔編號(hào)】B01J27/24GK106076392SQ201610449256
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】謝宇, 郭若彬, 許秋華, 戴玉華, 凌云
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)