[发明专利]稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，制备所述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的方法，以及所述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在涂料中作为光催化剂的用途。

背景技术

随着人们生活水平的提高，居室装修逐渐成为时尚，豪华的室内装修也成为人们追求的目标。家庭装修可以营造舒适、优美、典雅的居住环境，并美化人们的生活。但是，人们在享受这一切的美好的同时，家庭装修对居住环境造成的污染以及这些污染物质对人体所带来的有害影响也在不断地加大。目前，室内空气的质量已引起社会各界的普遍关注。

调查显示新近装修的居室中有机污染物质多达500种以上，包括醛类、苯类、醚类、酯类、醇类、酮类、萜烯类等，其中有20多种物质对人体有较强的致癌、致畸和致突变作用，尤其是甲醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯等对人体的危害较大。

二氧化钛作为光催化剂受到了人们日益广泛的关注。二氧化钛作为一种半导体功能材料，其光催化活性主要由自身的晶体结构决定。然而，通过掺杂改性可以提高二氧化钛的谱带响应范围和催化效率。

中国发明专利申请CN 1631521 A公开了通过共沉淀-煅烧法制备二氧化钛光催化剂，其中在共沉淀反应过程中，将稀土金属元素的硝酸盐以稀土金属元素∶二氧化钛＝0.5-1.5％的重量比加入四氯化钛水溶液中，其中稀土金属元素选自镧、铈、镨、钕。

中国发明专利申请CN 1654335 A公开了可见光敏化的锐钛矿型二氧化钛溶胶的制备方法，其中掺杂二氧化钛通过使用镧、铈、钕、铕的盐或其混合物而实现。

中国发明专利申请CN 102059110 A公开了两种稀土金属元素共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其中所述稀土金属元素为钆和镧、钆和钇、镧和铈或者钆和铕。

如果将两种不同的稀土金属元素同时掺杂到二氧化钛中，在所选两种稀土金属元素合适且二者配比适当的情况下，它们将共同提高二氧化钛的光催化活性。

发明内容

鉴于上述现有技术状况，本申请的发明人在纳米二氧化钛领域进行了广泛深入的研究，以期得到一种光催化活性显著提高的纳米二氧化钛。结果发现通过将重量比为0.1∶1-5∶1的氧化铈与氧化钕掺杂到二氧化钛中可获得满足上述要求的纳米二氧化钛。发明人正是基于上述发现完成了本发明。

本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛，其掺杂有0.1-12重量％的氧化铈与氧化钕，氧化铈与氧化钕的重量比为0.1∶1-5∶1。

本发明的另一目的是提供一种制备上述纳米二氧化钛的方法。

本发明的再一目的是提供上述纳米二氧化钛的用途。

本发明一方面提供了一种稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛，其中稀土金属氧化物基于二氧化钛的重量百分数为0.1-12重量％，稀土金属氧化物为氧化铈和氧化钕，氧化铈与氧化钕的重量比为0.1∶1-5∶1。

本发明另一方面提供了一种制备上述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将满足所述重量百分数和重量比的稀土金属氧化物和四氯化钛加入水中；

b)加入柠檬酸/磷酸氢钠缓冲溶液；

c)用碱将pH值调节至5-6；

d)在100-200℃的温度和0.2-0.8MPa的压力下反应；和

e)过滤和干燥。

本发明再一方面提供了上述稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在涂料中作为光催化剂的用途。

本发明稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛为锐钛矿型，且晶化程度好；其吸收谱带向可见光方向明显红移；能有效地光催化降解环境中的有害气体；其制备方法简单方便且能耗低。

本发明的这些和其它目的、特征和优点在结合如下附图整体考虑本发明后，将易于为普通技术人员所明白。

附图说明

图1为本发明实施例1的胶态分散体的透射电镜照片。

图2为本发明实施例1的稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛的X射线衍射图。

图3示出了本发明实施例1的稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛在200-1200nm波长范围内的吸光度。

具体实施方式

本发明稀土金属元素掺杂的纳米二氧化钛由二氧化钛和掺杂在其中的稀土金属氧化物组成。