光催化劑的制備方法
【專利摘要】一種空心刺狀球結構的FeTiO3光催化劑的制備方法，它涉及一種FeTiO3光催化劑的制備方法。本發明是要解決現有方法制備的鈦酸鹽光催化劑材料存在比表面積小、粗糙因子較低和尺寸形貌不均的問題。方法：先將鈦源溶于乙醇中，向里面添加多元醇，進行溶劑熱反應，然后將所得沉淀加入到含有鐵源、多元醇和乙醇的溶液中，再進行溶劑熱反應，產物經離心和干燥，空氣下煅燒即得到空心刺狀球結構的FeTiO3光催化劑。本發明用于制備空心刺狀球結構的FeTiO3光催化劑。
【專利說明】一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種FeT13光催化劑的制備方法。

【背景技術】
[0002]鈦酸鹽產品種類繁多，按其組成可分為堿金屬鈦酸鹽、堿土金屬鈦酸鹽、稀土金屬鈦酸鹽等，有著十分卓越的物理，化學和光學性能，在當代材料科學領域中占有重要位置。我國鈦資源豐富，蘊藏量為世界之首，為發展我國鈦酸鹽工業創造了有利條件。但我國對鈦酸鹽類產品的研究和生產與發達國家相比還很薄弱與我國這樣一個鈦資源大國極不相稱，因此對鈦酸鹽功能材料的開發研究顯得更為迫切和重要。
[0003]納米鈦酸鹽由于具有尺寸效應，表面與界面效應，量子尺寸效應，宏觀量子隧道效應等特性。所以對納米鈦酸鹽的研究顯得極為迫切和重要。當前，制備鈦酸鹽的主要方法為固相法，即通過高溫燒結的方法得到鈦酸鹽產品。然而，傳統方法制備的鈦酸鹽往往粒徑較大，雜質(相)較多，比表面積較小，活性較差。這是因為高溫固相法得到的催化劑，不具有特定形貌，尺寸大小不一，雜質較多，這些都不利于光生電荷的傳輸和分離，從而導致電子和空穴對的復合，影響了材料的光催化性能。


【發明內容】

[0004]本發明是要解決現有方法制備的鈦酸鹽光催化劑材料存在比表面積小、粗糙因子較低和尺寸形貌不均的問題，而提供一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法。
[0005]本發明一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法是按以下步驟進行:
[0006]一、溶解鈦源:將鈦源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得到透明溶液A ;
[0007]二、水熱反應:在溫度為140°C?220°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應，反應時間為3h?24h，得到沉淀物A ；
[0008]三、溶解鐵源:將鐵源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得至IJ溶液B ；
[0009]四、混合:將步驟二得到的沉淀物A加入到步驟三中得到的溶液B中，然后在溫度為140°C?220°C的條件下進行水熱反應，反應時間為6h?24h，得到沉淀物B ；
[0010]五、將步驟五得到的沉淀物B采用乙醇洗滌3?6次，然后在轉速為3000r/min?4000r/min的條件下離心5min?1min,得到離心后的沉淀物B,然后將離心后的沉淀物B在50°C?90°C的烘箱中干燥4h?10h，得到干燥后的沉淀物B，然后在溫度為300°C?8000C的條件下在空氣中焙燒4h?8h，自然冷卻，得到空心刺狀球結構的FeT13光催化劑；
[0011]步驟一中所述鈦源為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯；
[0012]步驟一中所述鈦源與步驟一中所述多元醇的體積比為1: (5?10);
[0013]步驟一中所述多元醇與步驟一中所述乙醇的體積比為1: (3?6);
[0014]步驟三中所述鐵源為硝酸鐵；
[0015]步驟一中所述鈦源中的鈦元素與步驟三中所述鐵源中的鐵元素的摩爾比為1:1 ;
[0016]步驟三中所述鐵源與步驟三中所述多元醇的體積比為1: (5?10);
[0017]步驟三中所述多元醇與步驟三中所述乙醇的體積比為1: (2?7)。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]1、本發明方法簡單易行，安全無毒而且成本較低；
[0020]2、本發明中鐵鹽與鈦的前軀體通過溶劑熱反應路線，經過溶解再結晶的艾斯瓦爾德熟化過程形成了空心刺狀球的特殊結構，這種空心刺狀結構能顯著提高比表面積，比表面積達到了 120m2/g ;光催化活性有較大提高，在可見光下能有效的降解有機污染物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的XRD譜圖；圖2為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的SEM照片；圖3為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的TEM照片；圖4為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的光催化降解羅丹明B曲線。

【具體實施方式】
[0022]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法是按以下步驟進行:
[0024]一、溶解鈦源:將鈦源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得到透明溶液A ;
[0025]二、水熱反應:在溫度為140°C?220°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應，反應時間為3h?24h，得到沉淀物A ；
[0026]三、溶解鐵源:將鐵源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得至IJ溶液B ；
[0027]四、混合:將步驟二得到的沉淀物A加入到步驟三中得到的溶液B中，然后在溫度為140°C?220°C的條件下進行水熱反應，反應時間為6h?24h，得到沉淀物B ；
[0028]五、將步驟五得到的沉淀物B采用乙醇洗滌3?6次，然后在轉速為3000r/min?4000r/min的條件下離心5min?1min,得到離心后的沉淀物B,然后將離心后的沉淀物B在50°C?90°C的烘箱中干燥4h?10h，得到干燥后的沉淀物B，然后在溫度為300°C?8000C的條件下在空氣中焙燒4h?8h，自然冷卻，得到空心刺狀球結構的FeT13光催化劑；
[0029]步驟一中所述鈦源為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯；
[0030]步驟一中所述鈦源與步驟一中所述多元醇的體積比為1: (5?50);
[0031]步驟一中所述多元醇與步驟一中所述乙醇的體積比為1: (3?6);
[0032]步驟三中所述鐵源為硝酸鐵；
[0033]步驟一中所述鈦源中的鈦元素與步驟三中所述鐵源中的鐵元素的摩爾比為1:1 ;
[0034]步驟三中所述鐵源與步驟三中所述多元醇的體積比為1: (5?50);
[0035]步驟三中所述多元醇與步驟三中所述乙醇的體積比為1: (2?7)。
[0036]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述多元醇為丙三醇。其它與【具體實施方式】一相同。
[0037]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中所述鈦源與步驟一中所述多元醇的體積比為1:30。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0038]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中在溫度為200°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應。其它與【具體實施方式】
一至三之一相同。
[0039]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟三中所述多元醇為丙三醇。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0040]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中所述鐵源與步驟三中所述多元醇的體積比為1:30。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0041]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟四中在溫度為160°C的條件下進行水熱反應。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0042]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟四中在溫度為180°C的條件下進行水熱反應。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0043]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟五在轉速為3500r/min的條件下離心lOmin。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0044]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:步驟五在溫度為600°C的條件下在空氣中焙燒5h。其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0045]通過以下實施例驗證本發明的效果:
[0046]實施例一:一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法是按以下步驟進行:
[0047]一、溶解鈦源:將ImL鈦酸四丁酯溶于30mL乙醇中，然后再向其中加入5mL丙三醇，攪拌0.5h，得到透明溶液A;
[0048]二、水熱反應:在溫度為180°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應，反應時間為24h,得到沉淀物A ；
[0049]三、溶解鐵源:將硝酸鐵溶于30mL乙醇中，然后再向其中加入5mL丙三醇，攪拌0.5h，得到溶液B;
[0050]四、混合:將步驟二得到的沉淀物A加入到步驟三中得到的溶液B中，然后在溫度為180°C的條件下進行水熱反應，反應時間為24h，得到沉淀物B ;
[0051]五、將步驟五得到的沉淀物B采用乙醇洗滌3?6次，然后在轉速為3000r/min?4000r/min的條件下離心5min?1min,得到離心后的沉淀物B,然后將離心后的沉淀物B在50°C?90°C的烘箱中干燥4h?10h，得到干燥后的沉淀物B，然后在溫度為600°C的條件下在空氣中焙燒5h，自然冷卻，得到空心刺狀球結構的FeT13光催化劑；
[0052]步驟一中所述鈦酸四丁酯中的鈦元素與步驟三中所述硝酸鐵中的鐵元素的摩爾比為1:1。
[0053]圖1為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的XRD譜圖，從圖1中可以看出制得的空心刺狀球物質為FeT13 ;圖2為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的SEM照片，從圖2中可以看出制得的FeT13為刺狀球結構；圖3為實施例一制得的FeT13光催化劑的TEM照片，從圖3中可以看出所制備的FeT13是空心刺狀球結構；圖4為實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的光催化降解羅丹明B曲線，圖4中對實施例一制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑進行光降解的試驗，以20mL羅丹明B溶液(50毫克/升)為目標有機污染物，取催化劑質量為0.05g，在100W氙燈的可見光(濾掉400納米以下的紫外光)的條件下照射3h，結果發現降解率為80%。
[0054]綜上所述可知本發明制得的空心刺狀球結構的FeT13光催化劑有很好的光降解效果。
【權利要求】
1.一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法是按以下步驟進行: 一、溶解鈦源:將鈦源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得到透明溶液A; 二、水熱反應:在溫度為140°C?220°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應，反應時間為3h?24h,得到沉淀物A ； 三、溶解鐵源:將鐵源溶于乙醇中，然后再向其中加入多元醇，攪拌0.5h?lh，得到溶液B ； 四、混合:將步驟二得到的沉淀物A加入到步驟三中得到的溶液B中，然后在溫度為140°C?220°C的條件下進行水熱反應，反應時間為6h?24h，得到沉淀物B ； 五、將步驟五得到的沉淀物B采用乙醇洗滌3?6次，然后在轉速為3000r/min?4000r/min的條件下離心5min?1min,得到離心后的沉淀物B,然后將離心后的沉淀物B在50°C?90°C的烘箱中干燥4h?10h，得到干燥后的沉淀物B，然后在溫度為300°C?8000C的條件下在空氣中焙燒4h?8h，自然冷卻，得到空心刺狀球結構的FeT13光催化劑； 步驟一中所述鈦源為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯； 步驟一中所述鈦源與步驟一中所述多元醇的體積比為1: (5?50); 步驟一中所述多元醇與步驟一中所述乙醇的體積比為1: (3?6); 步驟三中所述鐵源為硝酸鐵； 步驟一中所述鈦源中的鈦元素與步驟三中所述鐵源中的鐵元素的摩爾比為1:1 ; 步驟三中所述鐵源與步驟三中所述多元醇的體積比為1: (5?50); 步驟三中所述多元醇與步驟三中所述乙醇的體積比為1: (2?7)。
2.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述多元醇為丙三醇。
3.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述鈦源與步驟一中所述多元醇的體積比為1:30。
4.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟二中在溫度為200°C的條件下對步驟一中得到的透明溶液A進行水熱反應。
5.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中所述多元醇為丙三醇。
6.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中所述鐵源與步驟三中所述多元醇的體積比為1:30。
7.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中在溫度為160°C的條件下進行水熱反應。
8.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中在溫度為180°C的條件下進行水熱反應。
9.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟五在轉速為3500r/min的條件下離心lOmin。
10.根據權利要求1所述的一種空心刺狀球結構的FeT13光催化劑的制備方法，其特征在于步驟五在溫度為600°C的條件下在空氣中焙燒5h。
【文檔編號】C02F101/30GK104324721SQ201410691477
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】陳亞杰, 田國輝, 付宏剛, 韓陶然, 肖玉婷 申請人:黑龍江大學