一种改性纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛的制备技术领域，具体涉及一种改性纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

中国经济快速发展的同时，环境污染也日趋严重。大气环境污染是当代全球性的环境污染问题，化石燃料燃烧和工业生产过程中排放的氮氧化物是导致大气环境污染和健康危害的主要空气污染物之一。NO

目前工业上普遍采用选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）等技术来去除烟气中的NO

通过纳米光催化剂处理污染物可以减少能源消耗，而且该过程简单，因此该方法具有很好的应用前景。纳米二氧化钛是近几十年来研究最多的光催化剂，具有无毒无害、低成本、良好的热稳定性和化学稳定性等优良特性，已成为环境污染净化领域中使用最多的光催化剂。除了众多优点之外，TiO

目前，利用TiO

发明内容

为了缓解大气中氮氧化物造成的环境污染问题，改善纳米二氧化钛光催化剂稳定性和可见光催化活性，扩大纳米二氧化钛对太阳光的利用效率，本发明的目的在于提供一种改性纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种改性纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）以钛酸四丁酯为钛源，正丁醇为有机溶剂，向钛酸四丁酯中加入正丁醇，搅拌得到溶液A；

2） 向正丁醇中加入适量的去离子水和冰乙酸，得到溶液B；

3）在搅拌条件下，将溶液B滴加到溶液A中，调节PH，滴加完成后继续搅拌得到钛前驱体溶液；

4）将由步骤3）得到的钛前驱体溶液放入水热反应釜中，水热反应釜放入烘箱进行水热反应，反应结束后冷却抽滤干燥，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）将通过步骤4）制备得到的纳米二氧化钛光催化剂放入去离子水中，超声分散，添加AgNO

6）将步骤5）中的物料转移到水热反应釜中，水热反应釜置于烘箱进行水热反应，在TiO

进一步地，步骤1）中的钛酸四丁酯与正丁醇的体积比为1:2.5~3.5。

进一步地，步骤2）中的去离子水与冰乙酸的体积配比为1:1~1:3，步骤3）中的继续搅拌的时间为2~4 h。进一步地，步骤4）中的水热反应的温度为140~180 °C，反应时间为8~12 h。

进一步地，步骤6）中的水热温度为160~200 °C。

进一步地，步骤6）中的水热时间为12~24 h。

进一步地，步骤6）中Ag

一种改性纳米二氧化钛光催化剂的应用，该应用为在光催化处理氮氧化物废气中的应用，具体操作方式包括如下步骤：1）对改性纳米二氧化钛光催化剂进行实验预处理：进行超声分散并搅拌，使催化剂达到吸附-脱附平衡；2）在25°C条件下，开启氙灯，将氮氧化物通入装有改性纳米二氧化钛光催化剂的石英反应器中进行光催化反应。

进一步地，实验预处理在黑暗条件下进行，超声分散的时间为10min，搅拌的时间为30min。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1）本发明采用水热法在TiO

2）本发明将Ag

3）本发明的改性催化剂可用于常温常压下光催化氮氧化物废气的处理，催化剂成本低，可见光催化活性高，性质稳定。

附图说明

图1为本发明的实施例1所制得的改性纳米二氧化钛光催化剂的SEM图；

图2为本发明的实施例1所制得的改性纳米二氧化钛光催化剂的XPS全谱图；

图3为本发明的实施例1所制得的改性纳米二氧化钛光催化剂的XRD图；

图4为本发明的实施例1所制得的改性纳米二氧化钛光催化剂的UV-Vis图；

图5为本发明的实施例1-5所制得的纳米二氧化钛光催化剂对氮氧化物脱除率图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明进行进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

1）准确量取10mL钛酸四丁酯倒入烧杯中，在磁力搅拌条件下匀速缓慢加入30mL正丁醇，室温下继续磁力搅拌30min，得到溶液A；

2）准确量取30mL正丁醇、1.5mL去离子水和3 mL冰乙酸倒入另一烧杯中得到溶液B；

3）在磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴缓慢（2滴/s）滴入到溶液A中，搅拌速度为250r·min

4）将其转至100mL的水热反应釜中，水热反应釜放入150 °C的烘箱中，水热反应8h，水热反应釜冷却至室温后，对产物进行抽滤，于100°C干燥箱中干燥12h，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）称取步骤4）中的纳米TiO

6）将7.5ml的Na

7）然后将上述悬浊液转移至100ml水热反应釜中，在180°C的烘箱中保温18 h，等待水热反应釜的温度冷却至室温，对产物使用去离子水和无水乙醇，离心洗涤3次，产物在80°C干燥箱中下干燥24 h，即得改性纳米二氧化钛光催化剂；

8）将步骤7）的改性纳米二氧化钛光催化剂用于光催化处理氧化氮氧化物实验，测定氮氧化物脱除率，采用300 w氙灯模拟太阳光，在实验反应装置中进行样品催化性能测试：准确称取100 mg改性纳米二氧化钛光催化剂和250 mL去离子水加入到石英反应器中进行实验预处理，超声分散10 min，在黑暗条件下搅拌30 min，使催化剂达到吸附-脱附平衡，在25°C条件下，开启氙灯进行光催化反应，光源和石英反应器之间的距离为10 cm，以确保溶液光照强度为1.2 W/cm

实施例2

1）准确量取10mL钛酸四丁酯倒入烧杯中，在磁力搅拌条件下匀速缓慢加入25mL正丁醇，室温下继续磁力搅拌30min，得到溶液A；

2）准确量取30mL正丁醇、2 mL去离子水和2mL冰乙酸倒入另一烧杯中得到溶液B；

3）在磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴缓慢（2滴/s）滴入到溶液A中，搅拌速度为250r·min

4）将其转至100mL的水热反应釜中，水热反应釜放入140 °C的烘箱中，水热反应10h，水热反应釜冷却至室温后，对产物进行抽滤，于100°C干燥箱中干燥12h，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）称取步骤4）中的纳米TiO

6）将7.5ml的Na

7）然后将上述悬浊液转移至100ml水热反应釜中，在180°C的烘箱中保温24 h，等待水热反应釜的温度冷却至室温，对产物使用去离子水和无水乙醇，离心洗涤3次，产物在80°C干燥箱中下干燥24 h，即得改性纳米二氧化钛光催化剂；

8）将步骤7）的改性纳米二氧化钛光催化剂用于光催化处理氧化氮氧化物实验，测定氮氧化物脱除率，具体步骤为采用300 w氙灯模拟太阳光，在实验反应装置中进行样品催化性能测试：准确称取100 mg改性催化剂和250 mL去离子水加入到石英反应器中进行实验预处理，超声分散10 min，在黑暗条件下搅拌30 min，使催化剂达到吸附-脱附平衡，在25°C条件下，开启氙灯进行光催化反应，光源和石英反应器之间的距离为10 cm，以确保溶液光照强度为1.2 W/cm

实施例3

1）准确量取10mL钛酸四丁酯倒入烧杯中，在磁力搅拌条件下匀速缓慢加入35mL正丁醇，室温下继续磁力搅拌30min，得到溶液A；

2）准确量取30mL正丁醇、1 mL去离子水和3 mL冰乙酸倒入另一烧杯中得到溶液B；

3）在磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴缓慢（2滴/s）滴入到溶液A中，搅拌速度为250r·min

4）将其转至100mL的水热反应釜中，水热反应釜放入180 °C的烘箱中，水热反应12h，水热反应釜冷却至室温后，对产物进行抽滤，于100°C干燥箱中干燥12h，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）称取步骤4）中的纳米TiO

6）将5ml的Na

7）然后将上述悬浊液转移至100ml水热反应釜中，在160°C的烘箱中保温24 h，等待水热反应釜的温度冷却至室温，对产物使用去离子水和无水乙醇，离心洗涤3次，产物在80°C干燥箱中下干燥24 h，即得改性纳米二氧化钛光催化剂；

8）将步骤7）的改性纳米二氧化钛光催化剂用于光催化处理氧化氮氧化物实验，测定氮氧化物脱除率，具体步骤为采用300 w氙灯模拟太阳光，在实验反应装置中进行样品催化性能测试：准确称取100 mg改性催化剂和250 mL去离子水加入到石英反应器中进行实验预处理，超声分散10 min，在黑暗条件下搅拌30 min，使催化剂达到吸附-脱附平衡，在25°C条件下，开启氙灯进行光催化反应，光源和石英反应器之间的距离为10 cm，以确保溶液光照强度为1.2 W/cm

实施例4

1）准确量取10mL钛酸四丁酯倒入烧杯中，在磁力搅拌条件下匀速缓慢加入30mL正丁醇，室温下继续磁力搅拌30min，得到溶液A；

2）准确量取30mL正丁醇、1.5mL去离子水和3mL冰乙酸倒入另一烧杯中得到溶液B；

3）在磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴缓慢（2滴/s）滴入到溶液A中，搅拌速度为250r·min

4）将其转至100mL的水热反应釜中，水热反应釜放入170 °C的烘箱中，水热反应12h，水热反应釜冷却至室温后，对产物进行抽滤，于100°C干燥箱中干燥12h，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）称取步骤4）中的纳米TiO

6）将10 ml的Na

7）然后将上述悬浊液转移至100ml水热反应釜中，在200°C的烘箱中保温12 h，等待水热反应釜的温度冷却至室温，对产物使用去离子水和无水乙醇，离心洗涤3次，产物在80°C干燥箱中下干燥24 h，即得改性纳米二氧化钛光催化剂；

8）将步骤7）的改性纳米二氧化钛光催化剂用于光催化处理氧化氮氧化物实验，测定氮氧化物脱除率，具体步骤为采用300 w氙灯模拟太阳光，在实验反应装置中进行样品催化性能测试：准确称取100 mg改性催化剂和250 mL去离子水加入到石英反应器中进行实验预处理，超声分散10 min，在黑暗条件下搅拌30 min，使催化剂达到吸附-脱附平衡，在25°C条件下，开启氙灯进行光催化反应，光源和石英反应器之间的距离为10 cm，以确保溶液光照强度为1.2 W/cm

实施例5

1）准确量取10mL钛酸四丁酯倒入烧杯中，在磁力搅拌条件下匀速缓慢加入30mL正丁醇，室温下继续磁力搅拌30min，得到溶液A；

2）准确量取30mL正丁醇、1.5mL去离子水和3 mL冰乙酸倒入另一烧杯中得到溶液B；

3）在磁力搅拌条件下，将溶液B逐滴缓慢（2滴/s）滴入到溶液A中，搅拌速度为250r·min

4）将其转至100mL的水热反应釜中，水热反应釜放入150 °C的烘箱中，水热反应8h，水热反应釜冷却至室温后，对产物进行抽滤，于100°C干燥箱中干燥12h，研磨后即得到纳米二氧化钛光催化剂；

5）将步骤4）的未改性纳米二氧化钛光催化剂用于光催化处理氧化氮氧化物实验，测定氮氧化物脱除率，具体步骤为采用300 w氙灯模拟太阳光，在实验反应装置中进行样品催化性能测试：准确称取100 mg改性催化剂和250 mL去离子水加入到石英反应器中进行实验预处理，超声分散10 min，在黑暗条件下搅拌30 min，使催化剂达到吸附-脱附平衡，在25°C条件下，开启氙灯进行光催化反应，光源和石英反应器之间的距离为10 cm，以确保溶液光照强度为1.2 W/cm

如图1所示，改性纳米二氧化钛光催化剂的微观表面形貌上存在许多褶皱，这种特殊的结构可以提供大的比表面积，作为电子给体能够产生更多的光生电子，具有提升光催化活性的作用。

如图2所示，XPS的分析结果表明改性催化剂中存在氧、银、钛、磷四种元素，且Ag

如图3所示，XRD图谱中出现了锐钛矿型TiO

如图4所示，UV-Vis改性纳米二氧化钛光催化剂与未改性的催化剂相比在可见光区有很强的光响应，表明改性后的催化剂大幅拓宽并增强了对可见光的吸收程度。

如图5所示，实施例1-5所获得的改性纳米二氧化钛对氮氧化物的脱除率均在78%以上，而实施例5未改性纳米二氧化钛对氮氧化物的脱除率仅有22.37%，表明改性后的催化剂对氮氧化物的脱除效率有了明显提升。