[发明专利]一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工原料光催化剂制备技术领域，涉及一种纳米空心球光催化材料，具体涉及一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术，它利用半导体氧化物材料在光照的条件下表面能受激活化的特性，可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。在众多的光催化材料中，TiO₂由于自身所具有的无毒、无害、无腐蚀性，可反复使用，可将有机物完全矿化成水和无机离子，无二次污染等特点，有着传统的高温、常规催化剂无法比拟的诱人魅力，在环境污染物处理领域有着广阔应用前景。

近年来，为有效提高TiO₂光催化剂材料的光催化反应效率及拓展其在可见光波段的应用，研究者们采用多种方法制备了二氧化钛基复合光催化剂材料。其中，二氧化钛的非金属和金属掺杂是近年来二氧化钛光催化剂材料研究的重点之一。非金属和金属既能作为电子捕获中心使用而防止电子和空穴的复合，从而提高催化剂的反应效率，同时又可以起到降低二氧化钛禁带宽度的作用，拓展其在可见光区使用的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂，改变了二氧化钛的分子结构，提高了二氧化钛的性能，使二氧化钛的激发波段，从紫外光区扩展到可见光区，只要光波在800nm以下，不用紫外光，就能对其有激发作用，而且性能极大增强，能够快速高效地分解甲醛、苯、氨、有机挥发物等对人本和环境有害的气体，提高了抗菌除异味能力，同时利用粉体可制成各种浓度的分散液。

本发明的另一目的是提供一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂，空心球的直径为300~500nm，壁厚为10~50nm。

本发明所采用的另一技术方案是，一种氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂的制备方法，制备得到的空心球光催化剂，空心球的直径为300~500nm，壁厚为10~50nm；

具体按照以下步骤实施：

步骤1：将无水乙醇溶于去离子水得到质量-体积浓度为0.27gL的无水乙醇溶液，将正硅酸乙酯加入到无水乙醇溶液中，正硅酸乙酯与无水乙醇溶液的体积比为9：175，磁力搅拌，然后在搅拌状态下向混合溶液中加入质量浓度为25wt%的氨水，混合溶液与氨水的体积比为184：9，继续搅拌反应10h，离心分离并用无水乙醇和去离子水依次清洗3次，于80℃烘箱中干燥得到纯白色的二氧化硅粉体；

步骤2：按照质量-体积浓度为16gL-160g/L称取步骤1制得的二氧化硅粉体分散于无水乙醇中，超声分散30min，标记为溶液A，按照质量-体积浓度为0.003g/L-0.077g/L称取钛酸丁酯加入到无水乙醇中，标记为溶液B，然后在搅拌状态下，将溶液B加入到溶液A中混合，同时加入硝酸铵和硝酸铈，持续搅拌1~3h，并陈化3h；

步骤3：取步骤2陈化后得到的混合液加入到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，得到一乳白色液体，将该白色液体离心分离，并用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，最后将所得固体产物放入60~80℃的真空干燥箱中干燥12小时，得到白色粉体；

步骤4：按照质量-体积浓度为1/30g/L，称取步骤3制得的白色粉体分散于去离子水中，加入腐蚀剂并在搅拌状态下腐蚀8h，将剩余固体产物用去离子水离心洗涤3次，并放入80℃的真空干燥箱中干燥12小时，制得氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂。

本发明的特征还在于，

其中的步骤2中硝酸铵与混合溶液的质量比为1.25×10^-4-3.64×10^-4：1，硝酸铈与混合溶液的质量比为4.55×10^-4-0.001：1。

其中的步骤3中水热反应，反应温度为120-200℃，反应时间30~90分钟。

其中的步骤4中腐蚀剂与白色粉体的质量比为0.4：1。

其中的步骤4中的腐蚀剂采用氢氧化钠或硼氢化钠中的一种，或者两种的混合物。

本发明的有益效果是：本发明所采用的工艺方法简单，适合于大规模生产，且所使用的正硅酸乙酯和钛酸丁酯等原料易得，无污染。本发明所制备的产品颗粒尺寸均一，形貌规整，并且氮铈共掺二氧化钛空心球光催化剂具有较高的光催化反应效率。

附图说明