[发明专利]一种利用季铵碱制备C;N共掺杂纳米管/棒催化材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用季铵碱制备C,N共掺杂纳米管/棒催化材料的方法，将P25分散在高浓度碱的水溶液中，磁力搅拌器充分搅拌后置于带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，恒温加热后，经过滤、洗涤，将所得产物与无机酸水溶液混合，充分搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥后得到带有层状管壁结构的H₂Ti₃O₇纳米管材料；将所生成的H₂Ti₃O₇纳米管材料在室温条件下与R₄NOH发生反应，再经抽滤、干燥、氮气氛围下焙烧后制备得到C,N共掺杂纳米管催化材料。采用C,N共掺杂纳米管催化材料为催化剂，在一定条件下将染料溶液进行光催化降解，结果显示，制备得到的催化剂对染料具有高效的催化作用，并能够为其它污染物进行催化降解提供原料，适用于染料废水与污染物的处理。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，具体涉及一种利用季铵碱制备C，N共掺杂纳米管/棒催化材料的方法。

背景技术

季铵碱是一类通式为R₄NOH的化合物，式中R为四个相同或不相同的脂烃基或芳烃基。分子结构与氢氧化铵相似，可看作是后者NH⁴⁺中氢被取代而得的衍生物，具强碱性，易潮解，易溶于水并发生100％电离。

当R为甲基(CH₃)时，即为四甲基氢氧化铵化合物，其结构式为(CH₃)₄NOH。

掺杂改性TiO₂是拓宽半导体光催化剂光谱相应和提高量子效率的重要方法。单元素掺杂很难实现在不降低紫外光催化活性的基础上实现可见光响应，选择多种元素对TiO₂共掺杂改性，可以利用共掺杂离子间的协同作用提供电子-空穴对，抑制电子-空穴对的复合，提高催化活性，同时拓宽TiO₂的光吸收范围，提高可见光的光催化能力。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的之一是提供了一种利用季铵碱制备C，N共掺杂纳米管/棒催化材料的方法，利用季铵碱的正电性和一维钛酸纳米管的层状管壁结构和负电性，通过静电吸附作用，将含有C、N元素的正离子吸附到钛酸纳米管管壁的层间处，达到均匀掺杂的目的；

基于一维钛基纳米材料被广泛应用于降解各种有机污染物，而含C、H、N的人工合成染料分子可以在水溶液中电离出各不相同的离子基团，本发明的另一目的是在光催化过程中，利用C，N共掺杂纳米管/棒催化材料对含C、H、N的人工合成染料分子进行光催化降解，特别是偶氮类染料、吩噻嗪盐或咕吨类典型的染料等进行光催化降解。

本发明采用以下的技术方案：

一种利用季铵碱制备C，N共掺杂纳米管/棒催化材料的方法，包括以下步骤：

(1)钛酸纳米管前驱体的制备

将P25分散在高浓度碱的水溶液中，磁力搅拌器充分搅拌后置于带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，恒温加热一定时间后，经过滤、洗涤，将所得产物与无机酸水溶液混合，充分搅拌反应一定时间后，经过滤、洗涤、干燥后得到带有层状管壁结构的H₂Ti₃O₇纳米管材料；

(2)量取一定量的蒸馏水倒入烧杯中，加入一定量的R₄NOH水溶液，使用HNO₃调节其pH值，加入H₂Ti₃O₇纳米管，超声一段时间后，在室温条件下再对其进行磁力搅拌一段时间后，抽滤，干燥，氮气氛围下焙烧，制备得到C,N共掺杂纳米管/棒催化材料，其通式为 x:y:z-a℃-TiO₂NTs/NRs，其中x:y:z为Ti:N:C的原子比，a为焙烧温度，NTs为纳米管，NRs 为纳米棒。