[发明专利]一种多层多孔型二氧化钛催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种多层多孔型二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸盐缓冲液、TiOSO₄溶液和无水乙醇在冰水浴中溶解均匀，在微波反应器中高温水解，陈化、抽滤、干燥，得锐钛型二氧化钛。(2)将Eu(NO₃)₃溶液和TiO₂粉末，钛酸四丁酯与无水乙醇，尿素和无水乙醇混合，超声处理后在微波反应器中反应完全，洗涤、离心得沉淀物。(3)将Ti(SO₄)₂·4H₂O、络氨酸和无水乙醇在磁力搅拌器中搅拌均匀，与沉淀物在微波反应器中反应完全，冷却后离心收集沉淀物，最后在马弗炉中升温煅烧，冷却后得多层多孔型光催化剂。本发明制备的催化剂催化活性高，还可以对催化剂进行多次循环使用。

技术领域

本发明属于催化剂制备的技术领域，具体涉及一种多层多孔型氮、铕共掺杂二氧化钛催化剂的制备方法。

背景技术

有机物污染已经成为世界性问题，如何高效解决有机物污染问题是世界各地科研人员研究的热点，光催化技术由于其独特的优势逐渐得到了公众的认可和推广，半导体材料在紫外及可见光的照射下，能将污染物短时间内降解或矿化成对环境无害的产物，并加速促进有机污染物的分解。二氧化钛光催化不仅能降解水中的氰化物，还能降解一些无机污染物，既可以用于污水处理，还可以用于处理空气中的有害气体。然而半导体光催化剂在实际应用中存在很多不足。比如：光子吸收光谱窄、光量子效率低导致其大多以汞灯作为光源进行光催化，对太阳光的利用率极低，并且在处理污水时催化剂难以与有机污染物充分接触等等。因此，制备出高效降解有机污染物的光催化材料至关重要。TiO₂作为一种新型的纳米材料具有良好的化学惰性、强氧化性及化学稳定性等特点，其成本低、效率高，是理想的光催化剂。但是，二氧化钛可利用的可见光能力有限，这是由于TiO₂是宽禁带半导体，其只能吸收波长≤387nm的紫外光，使得其对太阳光的利用率极低；TiO₂光生电子-空穴对的复合率较高，导致光催化量子效率低，限制了其实际生产。因此，高效地对TiO₂进行晶格掺杂能加强光催化剂内部与颗粒界面之间的电荷转移，进一步提高其催化活性。

掺杂非金属元素(N，F，S等)可在二氧化钛的晶格中引入缺陷位置或改变晶体的结晶度，从而影响电子和空穴的复合，某些稀土金属元素(Eu，La，Ce等)可以提高二氧化钛的光催化效率。采用表现较好的氮、铕共掺杂二氧化钛一方面可以改变二氧化钛的禁带宽度提高对太阳光的利用率，另一方面可以制得多层微孔球体光催化剂，提高催化剂的利用率。

目前对二氧化钛进行掺杂改性的方法很多。授权号为CN107096531A的专利中公开了一种贵金属金修饰的金-二氧化钛核壳结构光催化剂及其制备方法，该方法对金及二氧化钛的粒径要求非常高，金价格昂贵难得，并且该方法制得的光催化剂对太阳光的利用率低，污染物降解率低。授权号为CN103240110A的专利中公开了一种铁、氮共掺杂二氧化钛/活性炭光催化剂及其制备方法和应用。该方法需要进行两步高温热处理，提高了能耗和操作成本。授权号为CN102151560A的专利中公开了一种光催化降解有机物的二氧化钛光子晶体薄膜及其制备方法，该方法催化剂的薄膜形态难以批量生产，并且对有机污染物的降解率低。授权号为CN107335457A的专利中公开了一种可回收高效光催化掺杂二氧化钛粉末的制备方法，该方法中回收再利用的光催化剂的催化活性明显降低。所以需要制备出一种原料丰富，方法简便，以及可以回收再利用的高活性的光催化剂。

发明内容

本发明为了解决催化剂对可见光利用率较低以及催化剂难以批量生产和使用的技术难题，提供了一种氮铕共掺杂的多层多孔型二氧化钛光催化剂的制备方法。

本发明提供了一种氮铕共掺杂的多层多孔型二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备锐钛型TiO₂：