[发明专利]一种钛酸铁空心微球的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钛酸铁空心微球的制备方法，将无水氯化铁与钛酸异丙酯作为原料采用共沉淀法制得的有色粉体材料，通过控制模板剂碳链长度、模板剂浓度、焙烧温度等条件，可制得具有可见光强响应的Fe₂TiO₅空心微球。该发明不仅进一步解决了传统Fe₂TiO₅粉体光催化剂太阳光利用效率较低的限制，还简化了制备工艺，降低了生产成本。本发明制得的Fe₂TiO₅空心微球可应用于处理污水、净化空气以及降解难降解的有机污染物等，具有巨大经济效应和社会效益。

技术领域

本发明属于无机光催化材料领域，涉及一种可见光强响应性的钛酸铁光催化材料，具体涉及一种钛酸铁空心微球的制备方法及其应用。

背景技术

自1972年日本学者Fujishima等报道了TiO₂电极光催化解水制氢研究后, 以纳米半导体粉体作为光催化剂催化降解有机污染物方面的研究成为各国学者的研究的热点。其中，TiO₂因其稳定的化学和光学性质、无毒害、制备简单和价格低廉备而成为研究最多的光催化剂。但由于TiO₂光催化剂带隙较宽(3.2 eV),量子效率低等因素，如何窄化TiO₂的禁带宽度使其吸收光谱向可见光拓展并降低光生电子-空穴的复合率是光催化领域亟待解决的难题之一。

众多研究者采用不同的方法对TiO₂光催化剂进行改性研究，结果表明过渡金属离子掺杂是提高其光催化性能的有效方法之一，其中关于Fe³⁺的掺杂研究较多。闫鹏飞等通过实验研究铁掺杂TiO₂后发现，TiO₂电子-空穴对的复合减少，光催化效率提高；柳清菊等人采用溶胶-凝胶法制备铁掺杂纳米TiO₂光催化剂，可在普通日光灯下对亚甲基蓝进行高效降解。但这些方法制备的光催化剂成本高、操作复杂且产率低，热、力学性能也极不稳定。

在钙钛矿结构中的天然金属元素绝大多数都是稳定的，新的多组分钙钛矿型复合氧化物能够通过取代或掺杂A位或B位来形成，因而具有稳定的物理化学性能。它的光催化性能会得到极大提高，但整体结构并没有发生根本变化。研究发现钛酸铁光催化剂，拥有2.58–2.9eV的带隙，其激发光的波长与可见光匹配。与其他光催化剂相比，钛酸铁具有高效的可见光响应范围以及较多的活性位点，拥有更好的催化性能，可以实现光解水制氢，光催化杀菌，二氧化氮还原，光催化降解多种结构的有机物且作为光催化剂成本较低，具有巨大经济效应和社会效益。

目前报道的钛酸铁多以实心粉体形式存在。由于光的穿透能力弱，易被散射，导致这种实心结构的钛酸铁对光的利用效率较低。空心微球由于球壁较薄，光能够有效穿透，并可以利用光的二次散射，从而高效利用光能。但未见有空心钛酸铁微球的报道。

本发明针对现有技术的不足，提供一种能高效利用光能的钛酸铁光催化剂及低成本、简单易操作的制备方法，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸铁空心微球的制备方法，以解决目前钛酸铁光催化剂光利用率低、成本高、操作复杂且产率低的问题，本发明的另一目的在于本发明制得的钛酸铁空心微球用作光催化剂时热、力学性能稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钛酸铁空心微球的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，取无水氯化铁溶于无水乙醇，取钛酸异丙酯溶于无水乙醇中，待各自完全溶解后，将两种溶液混合搅拌8～12h后，搅拌下加入吡啶；

步骤二，称取模板溶剂溶于无水乙醇，完全溶解后，滴加到步骤一所得的混合液中，边滴加边搅拌；