[发明专利]一种双稀土元素La和Y掺杂TiO2光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光催化剂的制备及其应用，特别提出了一种双稀土元素La和Y掺杂TiO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

TiO₂光催化技术由于其具有无毒、反应条件温和、氧化能力强等优点，在难降解有机污染物的处理方面受到了广泛的重视。人们对光催化做了大量的研究工作，但以下两个问题却成为限制光催化应用于工业化过程的瓶颈：一是光生电子和空穴容易复合，光催化量子效率低；二是TiO₂的带隙能较宽，只能被波长较短的紫外光激发，太阳能利用率较低。故如何提高光催化效率以及拓展吸收光谱是光催化研究领域具的难题。为此人们使用各种手段对TiO₂进行表面改性。

鉴于稀土氧化物具有多晶型、强吸附性、稳定性，且稀土元素的氧化物具有复杂的能带结构，当TiO₂中加入适量的稀土可以有效的扩大光谱响应范围。近年来，有关稀土元素对TiO₂进行掺杂改性的研究也取得了关键性进展，仍存在很大的研究空间。尤其是双稀土元素改性的研究很少。

发明内容

针对TiO₂光催化剂的局限性，本发明制备了一种由双稀土元素掺杂的新型纳米TiO₂光催化剂，并用于亚甲基蓝染料的光催化降解，有较高的光催化活性。催化剂易于制备、易于分离。

本发明采用溶胶-凝胶法制备稀土La和Y共掺杂纳米TiO₂光催化剂(简称La-Y/TiO₂)，并用染料亚甲基蓝溶液的降解来评价光催化剂的活性。

催化剂的制备：

一种双稀土元素La和Y掺杂的纳米TiO₂光催化剂的制备方法，步骤如下：

1)称取硝酸镧和硝酸钇晶体，置于烧杯中，加入无水乙醇和水，用硝酸调节pH至2～3，搅拌至完全溶解，即制得A液；

2)量取钛酸四丁酯缓慢倒入无水乙醇中，加入冰醋酸作为抑制剂，磁力搅拌，即制得B液；

3)在磁力搅拌下，将A液以每秒1滴的速度滴入B液后再搅拌30min，静置陈化得到透明凝胶；

4)将凝胶在60℃恒温干燥箱干燥得到干凝胶，研磨成粉，最后置于马弗炉内焙烧，得到La和Y共掺杂TiO₂纳米催化剂La-Y/TiO₂；

各原料的质量份数比为：钛酸四丁酯∶硝酸镧∶硝酸钇＝34～42∶0.2165～0.433∶0.0957～0.3064；

钛酸四丁酯∶无水乙醇∶冰醋酸∶水(质量份数比)＝34～42∶53～78∶2.1～4.2∶7.2～8；

其中步骤3)的静置陈化时间为12～48小时。

其中步骤4)马弗炉内焙烧温度为：400℃～700℃；焙烧时间为：3～6h。

光催化活性的测试：

通过光催化降解染料亚甲基蓝来评价光催化活性。称取一定量催化剂，光源为100W的高压汞灯。亚甲基蓝水溶液初始浓度为20mg·L^-1，每隔20min后取5～7mL的反应液，离心分离取上层清液，分光光度计测定其吸光度，测定波长为665nm。以溶液的脱色率D来评价光催化剂活性的高低，脱色率越高，催化剂活性越高。脱色率计算公式为：

D＝(A₀-A_t)/A₀×100％

D-脱色率；A₀-未加催化剂时溶液的吸光度；A_t-光照tmin后溶液的吸光度。

本发明采用溶胶凝胶法制备了双稀土元素掺杂纳米TiO₂光催化剂，并用亚甲基蓝溶液的降解实验测定其光催化活性。制备工艺简单，光催化降解速度明显高于P-25纳米TiO₂。

具体实施方式

催化剂的制备

实施例1