一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710138288.2 | 申请日 | 2017-03-09 | 公开(公告)号 | CN106830071A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 宁维坤; 丁庆杰; 甄冉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种掺杂有稀土的球状纳米二 氧 化 钛 的制备方法：(1)将钛酸有机酯与醇进行混合，得到钛酸有机酯的醇溶液，其中钛酸有机酯体积为5ml；(2)将去离子 水 、醇、酸进行混合，得到混合溶液；(3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入稀土盐并进行充分的混合；(4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸有机酯的醇溶液；(5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，在加热到120℃‑180℃后保温6小时；(6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤后放于烘箱中于60℃下干燥24小时；(7)将步骤(6)得到的产物进行 研磨 后在高温炉中450℃下高温 煅烧 2小时；本方法提高了制备纳米二氧化钛的效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，具体步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛的制备方法技术领域背景技术[0002] 近几年来，社会发展的越来越快，生产力也越来越发达，各种生产厂家也越来越多。当这些工厂的建立在给人们带来越来越多的物质上的丰富的同时，也使得环境的问题越来越严重。大气、土壤、水污染等问题越来越困扰人们，引起了社会的极大的关注。其中，水污染的问题尤其引起了人们的担忧。 [0003] 许多的科研工作者开始寻找一些无毒、低成本、可循环降解水中的污染物的催化剂来降解处理水体中的一些污染物。其中，半导体的光催化氧化技术相对于其他的那些催化剂而言更加温和，降解也很彻底同时也可以二次循环利用。半导体光催化技术的出现引起了许多科研工作者的兴趣。半导体光催化技术能够把水体中的有机类污染物分解成H2O、CO2和小分子离子等，所以有比较大的应用潜力。 [0004] 在众多种类的半导体光催化剂中，可以TiO2由于其高效、无毒、且可循环利用对的特点使得其应用最为广泛。 [0005] 但是纯TiO2的禁带宽度为3.2eV，能够吸收的光波波长只能大于387.5nm。因此，在可见光的区域TiO2的光催化降解效率是很低的。因此，在TiO2光催化降解的研究领域中，如何提高TiO2的光催化降解效率成为了众多科研工作者的一个需要去解决的当务之急。 [0006] 有关学者已经对TiO2进行过Y、La、Ce、Yb、Nd、Dy、Eu、Gd等稀土元素单掺杂对TiO2光催化性能的影响以及Nd/Er、Nd/Eu、Eu/Ho、Eu/Yb、Gd/La等共掺杂对TiO2光催化性能的影响。对于Ce、Yb的稀土掺杂及其两者的共掺杂，目前的研究尚少。而且在目前的纳米二氧化钛的制备方法当中，主要的方法有固相法、气相法以及液相法。其中，液相法包括溶胶凝胶法、水热法、液相共沉淀法。其中，溶胶凝胶法是用的比较多的一种制备纳米二氧化钛的方法，但是往往需要的周期较长，效率比较低下。 发明内容[0007] 本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的纳米二氧化钛制备周期长，效率低下的问题，提供了一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛的制备方法。 [0008] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的： [0009] 一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0010] (1)按体积比1:4～1:6将钛酸有机酯与醇进行混合，得到钛酸有机酯的醇溶液，其中钛酸有机酯体积为5ml； [0011] (2)按体积比0.6:1:0.2～1.4:1:0.6将去离子水、醇、酸进行混合，得到混合溶液；其中，本步骤中所述的醇是和步骤(1)中所述的醇为同一种醇，且本步骤中所用的醇体积为 5ml； [0012] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入稀土盐并进行充分的混合； [0013] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸有机酯的醇溶液，得到了溶胶体，且分别以钛酸有机酯中的钛元素和稀土盐中的稀土元素计，步骤(3)中所加入的稀土盐与步骤(1)中加入的钛酸有机酯的摩尔比为0.01％-1％； [0014] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，在加热到120℃-180℃后保温6小时； [0015] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0017] 进一步的技术方案包括： [0018] 步骤(1)中所述的钛酸有机酯为钛酸四丁酯、钛酸四乙酯中的一种。 [0019] 步骤(1)和步骤(2)中所述的醇为无水乙醇、异丙醇中的一种。 [0021] 步骤(3)中所述的稀土盐为硝酸铈。 [0022] 步骤(5)中所述的反应釜为50ml的反应釜。 [0024] 本发明的优点是通过将溶胶凝胶法与水热法结合起来，省略了凝胶的过程，极大地提高了制备纳米二氧化钛的制备效率。同时通过掺杂稀土盐来抑制了纳米二氧化钛的粒径，提高了其光催化降解的效率。本发明的优点是通过将溶胶凝胶法与水热法结合起来，省略了凝胶的过程，极大地提高了制备纳米二氧化钛的制备效率。同时通过掺杂稀土盐来抑制了纳米二氧化钛的粒径，提高了其光催化降解的效率。附图说明 [0025] 下面结合附图对本发明作进一步的说明： [0026] 图1为本发明所述的一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法的流程图； [0027] 图2为实例1制备出的球状纳米二氧化钛的扫描图。 [0028] 图3为实例3制备出的球状纳米二氧化钛的扫描图。 具体实施方式[0029] 本专利公开了一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，通过将溶胶法与水热法结合起来，提高了二氧化钛的制备效率，通过在这个过程中掺杂稀土盐，最终制备出了纳米级别的二氧化钛，而且相对于纯二氧化钛，粒径明显缩小。 [0030] 本方法的具体步骤如下： [0031] (1)按体积比1:4～1:6将钛酸有机酯与醇进行混合，得到钛酸有机酯的醇溶液，其中钛酸有机酯体积为5ml； [0032] (2)按体积比0.6:1:0.2～1.4:1:0.6将去离子水、醇、酸进行混合，得到混合溶液；其中，本步骤中所述的醇是和步骤(1)中所述的醇为同一种醇，且本步骤中所用的醇体积为 5ml； [0033] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入稀土盐并进行充分的混合； [0034] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸有机酯的醇溶液，得到了溶胶体，且分别以钛酸有机酯中的钛元素和稀土盐中的稀土元素计，步骤(3)中所加入的稀土盐与步骤(1)中加入的钛酸有机酯的摩尔比为0.01％-1％； [0035] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，在加热到120℃-180℃后保温6小时； [0036] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0037] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在高温炉中450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0038] 步骤(1)中所述的钛酸有机酯为钛酸四丁酯、钛酸四乙酯中的一种； [0039] 步骤(1)和步骤(2)中所述的醇为无水乙醇、异丙醇中的一种； [0040] 步骤(2)中所述的酸为浓硝酸、浓盐酸中的一种； [0041] 步骤(3)中所述的稀土盐为硝酸铈； [0042] 步骤(5)中所述的反应釜为50ml的反应釜； [0043] 步骤(7)中所述的高温炉为马弗炉； [0044] 图1为二氧化钛制备流程图，其中，在步骤(1)中，钛酸四丁酯与乙醇混合，得到了溶胶A。在步骤(4)中，钛酸四丁酯与去离子水反应，产生了水解反应。在步骤(5)中，通过在反应釜中加热保温，加快了缩聚反应，形成了凝胶，且有结晶度不太高的二氧化钛形成。在步骤(6)中，通过在高温炉中在一定温度下进行煅烧，去除了杂质，提高了二氧化钛的结晶度。 [0045] 下面结合多个具体实施例对本发明作进一步的说明 [0046] 实施例1 [0047] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0048] (1)按体积比1:4将钛酸四丁酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，其中钛酸四丁酯体积为5ml； [0049] (2)按体积比0.6:1:0.2将去离子水、无水乙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的无水乙醇体积为5ml； [0050] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0051] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四丁酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四丁酯的摩尔比为0.01％； [0052] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到120℃后保温6小时； [0053] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0054] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0055] 实施例2 [0056] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0057] (1)按体积比1:5将钛酸四丁酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，其中钛酸四丁酯体积为5ml； [0058] (2)按体积比1:1:0.4将去离子水、无水乙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的无水乙醇体积为5ml； [0059] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0060] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四丁酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四丁酯的摩尔比为0.1％； [0061] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到140℃后保温6小时； [0062] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0063] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0064] 实施例3 [0065] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0066] (1)按体积比1:5将钛酸四丁酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，其中钛酸四丁酯体积为5ml； [0067] (2)按体积比1.4:1:0.6将去离子水、无水乙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的无水乙醇体积为5ml； [0068] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0069] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四丁酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四丁酯的摩尔比为0.7％； [0070] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到160℃后保温6小时； [0071] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0072] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0073] 实施例4 [0074] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0075] (1)按体积比1:6将钛酸四丁酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，其中钛酸四丁酯体积为5ml； [0076] (2)按体积比1.4:1:0.6将去离子水、无水乙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的无水乙醇体积为5ml； [0077] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0078] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四丁酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四丁酯的摩尔比为1％； [0079] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到180℃后保温6小时； [0080] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0081] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0082] 实施例5 [0083] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0084] (1)按体积比1:4将钛酸四乙酯与无水乙醇进行混合，得到钛酸四乙酯的无水乙醇溶液，其中钛酸四丁酯体积为5ml； [0085] (2)按体积比0.6:1:0.2将去离子水、无水乙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的醇体积为5ml； [0086] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0087] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四乙酯的无水乙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四乙酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四乙酯的摩尔比为0.01％； [0088] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到120℃后保温6小时； [0089] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0090] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0091] 实施例6 [0092] 一种掺杂有稀土的二氧化钛的制备方法，具体步骤如下： [0093] (1)按体积比1:5将钛酸四乙酯与异丙醇进行混合，得到钛酸四乙酯的异丙醇溶液，其中钛酸四乙酯体积为5ml； [0094] (2)按体积比1:1:0.4将去离子水、异丙醇、浓硝酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的异丙醇体积为5ml； [0095] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0096] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四乙酯的异丙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四乙酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四乙酯的摩尔比为0.7％； [0097] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到140℃后保温6小时； [0098] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0099] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0100] 实施例7 [0101] (1)按体积比1:6将钛酸四乙酯与异丙醇进行混合，得到钛酸四乙酯的异丙醇溶液，其中钛酸四乙酯体积为5ml； [0102] (2)按体积比1.4:1:0.6将去离子水、异丙醇、浓盐酸进行混合，得到混合溶液，且本步骤中所用的异丙醇体积为5ml； [0103] (3)向步骤(2)中得到的混合溶液加入硝酸铈并进行充分的混合； [0104] (4)在剧烈的搅拌下，将步骤(3)得到的产物滴加入步骤(1)中所得到的钛酸四乙酯的异丙醇溶液，得到了溶胶体；且分别以钛酸四乙酯中的钛元素和硝酸铈中的铈元素计，步骤(3)中所加入的硝酸铈与钛酸四乙酯的摩尔比为1％； [0105] (5)将步骤(4)得到的最终产物放入到反应釜中，加热到180℃后保温6小时； [0106] (6)将步骤(5)得到的产物进行离心洗涤，之后放于烘箱中于60℃下干燥24小时； [0107] (7)将步骤(6)得到的产物进行研磨，之后在马弗炉中于450℃下高温煅烧2小时，最终得到一种掺杂有稀土的球状纳米二氧化钛。 [0108] 图1为制备球状纳米二氧化钛的流程图。 [0109] 图2为未经过Ce掺杂的二氧化钛的扫描图；图3为掺杂量为0.7％的Ce的二氧化钛的扫描图。由图可知，随着稀土盐的掺入，二氧化钛纳米粒子的粒径变小了，分散性也变得比较好。 |
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