一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法

申请号 CN201710619787.3 申请日 2017-07-26 公开(公告)号 CN107349942A 公开(公告)日 2017-11-17
申请人 深圳市威勒科技股份有限公司; 发明人 徐玄; 顾进跃; 顾伟华; 欧邯;
摘要 本 发明 公开一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法,制备方法包括步骤:A、先准备钨 钛 溶液,在钨钛溶液中加入沉淀剂形成 胶体溶液 ;B、对所述胶体溶液进行光电催化处理、光敏化处理或者化学修饰处理;C、将经步骤B处理的胶体溶液进行高温 煅烧 ;D、去除结晶 水 得到固体晶粒,然后采用 酸化 处理形成氟钨共掺杂光触媒。本发明添加钨源最终形成二元复合光触媒,降低了禁带宽度。本发明还通过光敏化、光电催化或化学修饰等手段改善了粒子结构,形成微介孔粒子,改善粒子表面状态,加强表面对 光子 的扑捉效率。
权利要求

1.一种氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,包括步骤:
A、先准备钨溶液,在钨钛溶液中加入沉淀剂形成胶体溶液
B、对所述胶体溶液进行光电催化处理、光敏化处理或者化学修饰处理;
C、将经步骤B处理的胶体溶液进行高温煅烧
D、去除结晶得到固体晶粒,然后采用酸化处理形成氟钨共掺杂光触媒。
2.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤A中的钨钛溶液按如下步骤制备:
A1、将钛源溶解,然后添加清除剂,随后加温预热;
A2、再进行加热,随后转入回流装置进行回流;
A3、再在回流得到的溶液中添加磷酸二氢铵、钨源、硝酸形成钨钛溶液。
3.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤B中的光电催化处理具体包括:
半导体薄膜作为工作电极,铂丝为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,光照强度为50W-100W,光电催化作用时间为30min或以上。
4.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤B中的光敏化处理具体包括:
用叶绿素提取液浸泡胶体溶液16-24h,然后进行真空干燥。
5.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤B中的化学修饰处理具体包括:
添加化学试剂对胶体溶液进行修饰,所添加的化学试剂为十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求2所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述钛源为六氟钛酸铵,所述钨源为同多钨酸盐、磷钨酸、钨酸、杂多金属钨酸盐中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤A中,沉淀剂为四甲基氢氧化铵水和CO(NH2)2中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤C中,高温煅烧温度在600℃-900℃之间。
9.根据权利要求1所述的氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,所述步骤D中,酸化后的pH在4-5之间。
10.一种氟钨共掺杂光触媒,其特征在于,采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制成。

说明书全文

一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光催化技术领域,尤其涉及一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法。

背景技术

[0002] 光催化作为一种新型的废处理技术,其在有机废水的深度处理方面已显示出广阔的应用前景,它以彻底矿化有机污染物为显著优点而受到国内外研究者的普遍关注。光触媒也广泛应用于建筑装修市场和室内车内,光催化过程具有对有机物的降解几乎无选择性,能彻底矿化有机污染物,无二次污染,设备简单,投资少,效果好等独特的优点。光催化化技术是半导体催化剂通过太阳光或紫外光作用产生氧化能很强的·OH自由基将有机污染物降解为H2O和CO2。该技术具有对有机物的降解选择性低、价廉易得、可回收重复利用、运行费用低等特点。传统的光催化氧化技术采用TiO2为催化剂,具有价廉、无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、易于回收的特点。
[0003] 但是,由于TiO2的能带带隙较宽(约为3.2ev),需要能量较高的紫外光才能使其价带中的电子受激发,而表现出光催化活性。而在自然界中,太阳光中的紫外线辐射含量较低,只占太阳光总照度的6.5%左右,对太阳光的利用率较低。另外,光生电子和电子空穴的复合也导致光量子产率低,限制了该技术在实际中的应用。
[0004] 研究发现,钨系催化剂具有良好的催化性能,其中WO3由于其廉价及易得的优点受到青睐,WO3的能带带隙较窄(2.4eV-2.8eV),能够充分利用可见光,但其氧化还原能力较弱,通过改变WO3结构和负载其他金属可 进一步提高光响应范围及光催化性能。
[0005] 各研究所和各大高校分别针对光触媒材料的性质改性做了很多研究,提高其扑捉光子的效率,抑制电子空穴对的复合,提高电子从价带跃迁至导带的利用率是重要的提高光催化活性的途径。
[0006] 传统光触媒主要存在以下缺陷
[0007] 1、粒子的性质与其尺寸有着非常重要的关系,小尺寸纳米粒子能够在能源、环境、催化等方面展现更加优异的性质。纳米粒子由于表面原子配位不足、粒径小、比表面积大等使其常具有高的表面活性,因而作为一种热力学不稳定体系,常会发生团聚现象。
[0008] 2、传统光触媒二氧化禁带宽度在3.2ev过宽的禁带宽度,使得电子从价带跃迁至导带需要更高的能量。对光照强度的要求就只能在紫外强度。
[0009] 3、对于光触媒二氧化钛结构,无论是锐钛型还是金红石型存在的晶体缺陷所引导的光催化效果都是局限的。
[0010] 因此,现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

[0011] 鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法,旨在解决传统光触媒材料不稳定、光催化效果有限等问题。
[0012] 本发明的技术方案如下:
[0013] 一种氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其特征在于,包括步骤:
[0014] A、先准备钨钛溶液,在钨钛溶液中加入沉淀剂形成胶体溶液
[0015] B、对所述胶体溶液进行光电催化处理、光敏化处理或者化学修饰处理;
[0016] C、将经步骤B处理的胶体溶液进行高温煅烧
[0017] D、去除结晶水得到固体晶粒,然后采用酸化处理形成氟钨共掺杂光触媒。
[0018] 优选的,所述步骤A中的钨钛溶液按如下步骤制备:
[0019] A1、将钛源溶解,然后添加清除剂,随后加温预热;
[0020] A2、再进行加热,随后转入回流装置进行回流;
[0021] A3、再在回流得到的溶液中添加磷酸二氢铵、钨源、硝酸形成钨钛溶液。
[0022] 优选的,所述步骤B中的光电催化处理具体包括:
[0023] 将半导体氧化薄膜作为工作电极,铂丝为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,光照强度为50W-100W,光电催化作用时间为30min或以上。
[0024] 优选的,所述步骤B中的光敏化处理具体包括:
[0025] 用叶绿素提取液浸泡胶体溶液16-24h,然后进行真空干燥。
[0026] 优选的,所述步骤B中的化学修饰处理具体包括:
[0027] 添加化学试剂对胶体溶液进行修饰,所添加的化学试剂为十二烷基苯磺酸钠。
[0028] 优选的,所述钛源为六氟钛酸铵,所述钨源为同多钨酸盐、磷钨酸、钨酸、杂多金属钨酸盐中的至少一种。
[0029] 优选的,所述步骤A中,沉淀剂为四甲基氢氧化铵水和CO(NH2)2中的至少一种。
[0030] 优选的,所述步骤C中,高温煅烧温度在600℃-900℃之间。
[0031] 优选的,所述步骤D中,酸化后的pH在4-5之间。
[0032] 一种氟钨共掺杂光触媒,其中,采用如上任一项所述的制备方法制成。
[0033] 有益效果:本发明添加钨源最终形成二元复合光触媒,降低了禁带宽度。本发明还通过光敏化、光电催化或化学修饰等手段改善了粒子结构,形成微介孔粒子,改善粒子表面状态,加强表面对光子的扑捉效率。

具体实施方式

[0034] 本发明提供一种氟钨共掺杂光触媒及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0035] 本发明提供一种氟钨共掺杂光触媒的制备方法,其包括步骤:
[0036] S1、先准备钨钛溶液,在钨钛溶液中加入沉淀剂形成胶体溶液;
[0037] S2、对所述胶体溶液进行光电催化处理、光敏化处理或者化学修饰处理;
[0038] S3、将经步骤S2处理的胶体溶液进行高温煅烧;
[0039] S4、去除结晶水得到固体晶粒,然后采用酸化处理形成氟钨共掺杂光触媒。
[0040] 本发明在钨钛溶液中加入沉淀剂进行沉淀形成胶体溶液,再经过表面处理形成形成微介孔粒子,再进行煅烧,去结晶水,提高结晶度,最后酸化处理形成氟钨共掺杂光触媒,即氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2。
[0041] 优选的,所述步骤S1中的钨钛溶液按如下步骤制备:
[0042] S11、将钛源溶解,然后添加清除剂,随后加温预热;
[0043] S12、再进行加热,随后转入回流装置进行回流;
[0044] S13、再在回流得到的溶液中添加磷酸二氢铵、钨源、硝酸形成钨钛溶液。
[0045] 在步骤S11中,其中的清除剂可以是HBO3,按质量比计,所述清除剂占原料比例优选为1-3%,即占钛源的质量比例为1-3%。所述钛源优选为六氟钛酸铵。
[0046] 在步骤S12中,步骤S11得到的产物转入弗炉或微波炉中,进行微波预热,预热温度控制在60~100℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为20~30min,温度为40~60℃;第2次回流时间1~2h,温度为60~100℃。
[0047] 在步骤S13中,加入磷酸二氢铵、钨源、硝酸进行混合,混合的总溶 液与步骤S11中的钛源的质量比为1/2~3/4之间,从而形成均一稳定的钨钛溶液。在磷酸二氢铵、钨源、硝酸混合的总溶液中,按质量比计,钨源占比大于6/10,磷酸二氢铵占比为1/10~2/10,硝酸占比为1/10~2/10。所述钨源为同多钨酸盐、磷钨酸、硅钨酸、杂多金属钨酸盐中的至少一种。
[0048] 在步骤S1中,在前述制备得到的钨钛溶液中加入沉淀剂形成胶体溶液。其中的沉淀剂可以是沉淀剂为四甲基氢氧化铵、氨水和CO(NH2)2中的至少一种。即所述沉淀剂包括但不限于上述化合物中的部分。另外,按质量比计,沉淀剂的添加量不低于2倍的钛源质量。
[0049] 在步骤S2中,进行表面处理,具体可采用三种方式进行:光电催化处理、光敏化处理或者化学修饰处理,下面对这三种方式进行具体说明。
[0050] 对于第一种方式,光电催化处理具体包括:
[0051] 将半导体氧化薄膜作为工作电极,铂丝为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,光照强度为50W-100W,光电催化作用时间为30min或以上。
[0052] 采用上述光电催化处理修饰材料表面(外加电压为1V,误差范围为正负0.2V,光照强度为50W~100W,光电催化作用时间30min以上),提高光子扑捉率。
[0053] 对于第二种方式,光敏化处理具体包括:
[0054] 用叶绿素提取液浸泡胶体溶液16-24h,然后进行真空干燥。具体是可以先使用研磨剂(按质量比,石英砂::丙=1:1:1)研磨绿叶提取叶绿素形成叶绿素提取液,再用叶绿素提取液作用上步骤形成的胶体溶液,作用时长在16至24小时。
[0055] 对于第三种方式,化学修饰处理具体包括:
[0056] 添加化学试剂对胶体溶液进行表面修饰,所选用的化学试剂优选为十二烷基苯磺酸钠,添加的质量比例为所形成胶体溶液的十分之一,表面修饰时长为24小时以上。
[0057] 在所述步骤S3中,将经步骤S2处理的胶体溶液转入马弗炉中进行高 温煅烧,高温煅烧温度优选在600℃-900℃之间;
[0058] 在所述步骤S4中,去除结晶水得到固体晶粒。具体地,去附水和结晶水,然后洗涤,从而提高结晶度。最后进行酸化处理得到氟钨共掺杂光触媒,酸化后的pH在4-5之间。酸化步骤可以是:加入去离子水500ml对固体晶粒再溶解,然后加入质量浓度为20%的HCl进行酸化处理,形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0059] 本发明还提供一种氟钨共掺杂光触媒,其中,采用如上任一项所述的制备方法制成。
[0060] 下面结合具体实施例来对本发明的技术内容进行详细说明。
[0061] 实施例一:
[0062] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0063] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在80℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为25min,温度为45℃;第2次回流时间1.5h,温度为80℃。
[0064] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml磷酸二氢铵、10ml磷钨酸、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0065] 步骤4:称取10ml氨水和CO(NH2)2混合液(二者比例为1:1,即均为5ml)加入上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0066] 步骤5:用10ml水相分散剂聚丙烯酸,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0067] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0068] 步骤7:光电催化处理:将四氟乙烯反应釜中的溶液转移至配制好的电化学反应电磁当中,催化时间为35min,光照强度为50w紫外灯。光电催 化:半导体氧化薄膜作为工作电极,铂丝为对电极饱和甘汞电极作为参比电极构成电化学电池电场可协助光催化作用,减少光生电子与空穴的复合率。
[0069] 步骤8:经光电催化后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0070] 步骤9:煅烧结束后,降温,洗涤,去附水(附着的水)和结晶水,提高结晶度。
[0071] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4.5。
[0072] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末(可通过真空干燥方式得到粉末)。
[0073] 实施例二:
[0074] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10ml HBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热。预热温度为90℃。
[0075] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在60℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为20min,温度为60℃;第2次回流时间2h,温度为60℃。
[0076] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml磷酸二氢铵、10ml硅钨酸、10ml硝酸(均为分析纯)。形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0077] 步骤4:称取10g四甲基氢氧化铵固体加入搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定胶体溶液。
[0078] 步骤5:用10ml水相分散剂聚丙烯酰胺,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0079] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0080] 步骤7:化学修饰处理:在四氟乙烯反应釜中添加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠与钛源之质量比为1:30。十二烷基苯磺酸钠可有效分散产物,有助于防止团聚。
[0081] 步骤8:经化学修饰处理后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0082] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0083] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为5。
[0084] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0085] 实施例三:
[0086] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10ml HBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0087] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在100℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为30min,温度为40℃;第2次回流时间1h,温度为100℃。
[0088] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml磷酸二氢铵、10ml同多钨酸盐、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0089] 步骤4:称取10g氢氧化钠固体加入上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0090] 步骤5:用水相分散剂10ml聚乙烯醇,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0091] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0092] 步骤7:光敏化处理:
[0093] 光敏化催化剂的制备:取5g新鲜的绿叶,洗净,除去中脉,快速切碎,放入研钵,在研钵中加入5g石英砂、5g碳酸钙和5m L丙酮,在室温下研制成糊状;过滤后得到粗制的叶绿素提取液。用5m L叶绿素提取液浸泡反应釜中的胶体溶液24h,再经真空干燥后即可得到光敏化处理后的钛钨基晶粒。
[0094] 步骤8:经光敏化处理后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0095] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0096] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4。
[0097] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0098] 实施例四:
[0099] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0100] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在70℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为22min,温度为50℃;第2次回流时间1.2h,温度为90℃。
[0101] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml环己烷、10ml硅钨酸、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0102] 步骤4:称取10ml氨水和CO(NH2)2混合液(二者质量比为1:1)加入 上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0103] 步骤5:用水相分散剂15ml聚丙烯酸,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0104] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0105] 步骤7:光电催化处理:将四氟乙烯反应釜中的溶液转移至配制好的电化学反应电磁当中,催化时间为30min,光照强度为50w紫外灯。光电催化:半导体氧化薄膜作为工作电极,铂丝为对电极饱和甘汞电极作为参比电极构成电化学电池。电场可协助光催化作用,减少光生电子与空穴的复合率。
[0106] 步骤8:经光电催化后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0107] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0108] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4.2。
[0109] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0110] 实施例五:
[0111] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0112] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在90℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为27min,温度为42℃;第2次回流时间1.8h,温度为65℃。
[0113] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml环己烷、10ml杂多金属钨酸盐、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于 集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0114] 步骤4:称取10g四甲基氢氧化铵固体加入搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0115] 步骤5:用15ml水相分散剂聚丙烯醇,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s.。
[0116] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0117] 步骤7:化学修饰处理:在四氟乙烯反应釜中添加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠与钛源之质量比为1:30。十二烷基苯磺酸钠可有效分散产物,有助于防止团聚。
[0118] 步骤8:经化学修饰处理后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0119] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0120] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为5。
[0121] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0122] 实施例六:
[0123] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0124] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在75℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为24min,温度为55℃;第2次回流时间1.7h,温度为70℃。
[0125] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml环己烷、10ml同多钨酸盐、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热 式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0126] 步骤4:称取10g氢氧化钠固体加入上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0127] 步骤5:用15ml水相分散剂聚乙烯醇,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0128] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0129] 步骤7:光敏化处理:
[0130] 光敏化催化剂的制备:取5g新鲜的绿叶,洗净,除去中脉,快速切碎,放入研钵,在研钵中加入5g石英砂、5g碳酸钙和5m L丙酮,在室温下研制成糊状;过滤后得到粗制的叶绿素提取液。用5m L叶绿素提取液浸泡反应釜中的胶体溶液24h,再经真空干燥后即可得到光敏化处理后的钛钨基晶粒。
[0131] 步骤8:经光敏化处理后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0132] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0133] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4.8。
[0134] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0135] 实施例七:
[0136] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0137] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在85℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为 28min,温度为55℃;第2次回流时间1.4h,温度为72℃。
[0138] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml硬脂酸醇、10ml磷钨酸、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0139] 步骤4:称取10ml氨水和CO(NH2)2混合液加入上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0140] 步骤5:用10ml水相分散剂烷基胺,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0141] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0142] 步骤7:光电催化处理:将四氟乙烯反应釜中的溶液转移至配制好的电化学反应电磁当中,催化时间为30min,光照强度为50w紫外灯。光电催化:半导体氧化薄膜作为工作电极,铂丝为对电极饱和甘汞电极作为参比电极构成电化学电池。电场可协助光催化作用,减少光生电子与空穴的复合率。
[0143] 步骤8:经光电催化后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0144] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0145] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4.5。
[0146] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0147] 实施例八:
[0148] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10mlHBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热,预热温度为90℃。
[0149] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行 预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在96℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为21min,温度为54℃;第2次回流时间1.6h,温度为78℃。
[0150] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml硬脂酸醇、10ml硅钨酸、10ml硝酸(均为分析纯),形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0151] 步骤4:称取10g四甲基氢氧化铵固体加入上述搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0152] 步骤5:用10ml水相分散剂聚丙烯酸,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0153] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0154] 步骤7:化学修饰处理:在四氟乙烯反应釜中添加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠与钛源之质量比为1:30。十二烷基苯磺酸钠可有效分散产物,有助于防止团聚。
[0155] 步骤8:经化学修饰处理后的反应釜溶液转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0156] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0157] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为5。
[0158] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0159] 实施例九:
[0160] 步骤1:选择钛源六氟钛酸铵50g溶解在500ml烧杯当中,向烧杯当中添加10ml HBO3清除剂,随后转入马弗炉中,加温预热。预热温度为90℃。
[0161] 步骤2:取出烧杯放入微波炉中加热(微波炉功率800-1000w,即进行 预热),随后转入回流装置进行回流,分一次回流和二次回流。预热温度控制在66℃,然后进行回流。例如采用2次回流,其中,第1次回流时间为26min,温度为48℃;第2次回流时间1.3h,温度为78℃。
[0162] 步骤3:再将回流的溶液转入三口瓶,并添入10ml硬脂酸醇、10ml同多钨酸盐、10ml硝酸(均为分析纯)。形成均一稳定的钨钛溶液,然后于集热式恒温搅拌器持续缓慢搅拌1h。
[0163] 步骤4:称取10g氢氧化钠固体加入搅拌器中,均匀沉淀,溶液会慢慢形成稳定的胶体溶液。
[0164] 步骤5:用10ml水相分散剂聚丙烯酰胺,缓慢滴入胶体溶液中,滴加速度为1ml/s。
[0165] 步骤6:溶液转移:将步骤5得到的混合液体转移至四氟乙烯反应釜中。
[0166] 步骤7:光敏化处理:
[0167] 光敏化催化剂的制备:取5g新鲜的绿叶,洗净,除去中脉,快速切碎,放入研钵,在研钵中加入5g石英砂、5g碳酸钙和5m L丙酮,在室温下研制成糊状;过滤后得到粗制的叶绿素提取液。用5m L叶绿素提取液浸泡反应釜中的胶体溶液24h,再经真空干燥后即可得到光敏化处理后的钛钨基晶粒。
[0168] 步骤8:经光敏化处理后的反应釜溶液继续转移至马弗炉干燥,90℃条件下预热,预热时间为20min,随即转入高温煅烧炉中煅烧,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h。
[0169] 步骤9:煅烧结束后,迅速降温,洗涤,去附水和结晶水,提高结晶度。
[0170] 步骤10:加入去离子水500ml再溶解,然后进行酸化处理(加入20ml质量浓度为20%的HCl)酸化后的pH为4.7。
[0171] 步骤11:最终形成氟钨共掺杂量子级光触媒F-WO3-TiO2高细晶粒粉末。
[0172] 本发明对得到的氟钨共掺杂光触媒进行了测试。测试性能包括对有害 物甲分解测试,有机物亚甲基蓝甲基橙进行了降解效率测试,杀菌效果测试,气味烟雾测试。
[0173] 有机物甲基蓝甲基橙降解效率,测试方法:
[0174] 实验参数:圆柱形玻璃反应器500ml,光源50-300w,恒温水槽水温25±2℃,甲基橙溶解比例为1:500ml,二氧化钛溶解浓度为1%。甲基橙标准溶液混合比例为甲基橙溶液:二氧化钛溶液=10:1。
[0175] 实验说明和实验步骤
[0176] a、光催化降解甲基橙的试验装置为圆柱形玻璃反应器,放置于恒温水槽中,温度保持在25±2℃,光源为50-300w高压紫外灯,置于圆柱形玻璃反应器中间,反应过程中持续曝气。
[0177] b、将已配制好的甲基橙标准溶液及光触媒粉末加入圆柱形玻璃反应器中,持续曝气,使光触媒粉末均匀分散在甲基橙标准溶液中,同时,高压紫外灯进行预热,30min后将圆柱形玻璃反应器放置于恒温水槽中,紫外灯放置在反应器中间;
[0178] c、每隔一定时间后取样。用黑色不透光处理,几小时后出现一定数量的样品,对比几组样品的颜色
[0179] 同时对甲基橙浓度进行了分析
[0180] d、重复实验多次得到浓度曲线。
[0181] e、实验结果:甲基橙浓度变化如表一所示:
[0182] 表一
[0183]
[0184]
[0185] 针对亚甲基蓝的分解效率。
[0186] 步骤1、首先选用2玻璃片,一块涂覆氟钨共掺杂光触媒,另一块不做处理。
[0187] 步骤2、将2块玻璃片都滴上一滴亚甲基蓝溶液(溶液浓度1%)。
[0188] 步骤3、将2块玻璃片置于紫外光50w下光照。
[0189] 步骤4、对比2块玻璃片上的亚甲基蓝的变化。
[0190] 步骤5、记录时间。
[0191] 实验结果表明:氟钨共掺杂光触媒在紫外光作用下将亚甲基蓝分解完全,而不做处理的亚甲基蓝在紫外光作用下不能将其分解,具体如表二所示。
[0192] 表二
[0193]
[0194] 附着力分析:
[0195] 步骤1、取2块玻璃片,分别均匀涂覆氟钨共掺杂光触媒和国内传统光触媒。
[0196] 步骤2、观察两个玻璃片上涂覆物的外观。
[0197] 步骤3、1~2h后等涂覆物干燥。
[0198] 结果分析:传统光触媒涂覆其上,会出现白色负载物,而氟钨共掺杂光触媒涂覆其上,形成一种纳米膜层。干燥过后用水冲刷清洗,传统光触媒会出现脱附现象,从而会影响催化效率:而氟钨共掺杂光触媒不会受其影响,继续发挥有效稳定的光催化性质。
[0199] 氟钨共掺杂光触媒对烟雾烟味的分解效率
[0200] 实验装置由暗盒,左右对称的紫外灯,密封透明玻璃容器盖,抽烟压气管组成,单向节流
[0201] (1)烟雾
[0202] a、暗盒内部对称联通,外接抽烟压气口(带有单向节流阀),首先安装内部暗盒和完全一致的紫外灯。
[0203] b、在1个紫外灯上采用喷涂方式,喷均匀喷涂本发明的光触媒,另一个不喷,静置,稳定固化成膜。
[0204] c、盖上玻璃容器盖,连接外接抽烟压气管,点上香烟,压气,在短时间内使像雾弥漫两个容器。
[0205] d、打开紫外灯开关,观察烟雾.
[0206] e、结果:有光触媒的一方烟雾消散速度很快几十秒就基本消失完全,而另个未涂光触媒的烟雾还是很浓,基本没有属于自然消散;调换两个容器瓶的位置,发现,未消散烟雾迅速消散。结果表面:本发明的光触媒对烟雾有很强的消散作用。
[0207] (2)烟味
[0208] 同烟雾实验基本一致,不同的是压完烟气后,隔离联通管,隔离两个装置,1-2h后打开两个容器闻两个容器内的气味(顺序为先闻有光触媒的一方)。
[0209] 结果表明:没光触媒的一方气味于普通烟味没有什么区别,而有光触 媒的一方气味不同,刺激性明显减少,这说明本发明的光触媒分解了烟雾中的有机物。
[0210] 应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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