CN108607549B - 一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 - Google Patents
一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108607549B CN108607549B CN201810495115.0A CN201810495115A CN108607549B CN 108607549 B CN108607549 B CN 108607549B CN 201810495115 A CN201810495115 A CN 201810495115A CN 108607549 B CN108607549 B CN 108607549B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- visible light
- stirring
- potassium acetate
- sol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N hydrochloric acid Substances Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M potassium acetate Chemical compound [K+].CC([O-])=O SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 46
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 235000011056 potassium acetate Nutrition 0.000 claims description 22
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N Ethylamine Chemical compound CCN QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910020470 K2Ti4O9 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(I) nitrate Inorganic materials [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 9
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 2
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 28
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- APQHKWPGGHMYKJ-UHFFFAOYSA-N Tributyltin oxide Chemical compound CCCC[Sn](CCCC)(CCCC)O[Sn](CCCC)(CCCC)CCCC APQHKWPGGHMYKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 4-penten-2-one Chemical compound CC(=O)CC=C PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 208000017983 photosensitivity disease Diseases 0.000 description 1
- 231100000434 photosensitization Toxicity 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/50—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/702—Hydrocarbons
- B01D2257/7027—Aromatic hydrocarbons
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可见光催化剂Ag‑H2Ti4O9及其制备方法和应用,通过剥离重堆积法将Ag与H2Ti4O9掺杂制成光催化剂Ag‑H2Ti4O9。制备方法依次包括溶胶凝胶法合成前驱体K2Ti4O9、盐酸酸化K2Ti4O9得到H2Ti4O9、剥离‑重堆积法制备Ag‑H2Ti4O9三个步骤。使用制备得到的Ag‑H2Ti4O9在可见光条件下对100ppm甲苯进行降解,结果表明10min内甲苯的降解率达到了90%,在可见光下表现出了优异的光催化降解有机物的能力。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂技术领域,具体涉及一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代化工农业的发展,我国挥发性有机物(VOCs)气体的排放量逐年增长,对生态环境和人类健康造成了极大的危害。如何实现大气中挥发性有机物的处理,以及有效控制生态环境中挥发性有机物的排放,已成为我国乃至世界各国亟待解决的问题。光催化技术是十分具有发展前景的氧化技术,具有以下特点:氧化能力强,条件温和,性能稳定等。近年来,随着人们的环保意识的增强和国家对环保工作的高度重视,寻找新的技术路线,研制新的高效、低成本的光催化剂对于环境保护和经济可持续发展具有极其重要意义。
但是,光催化因光催化剂对可见光利用率低,有效量子产率低制约着其应用。针对这些的缺陷,研究者通过对半导体能带位置、晶体结构及表面特性、形貌等改性进而增加半导体的光反应响应范围以及增加有效光生载流子。通过对这些缺陷改进,来增强光催化剂半导体的降解有机物能力。目前,常用的改进方法主要有以下几种:掺杂、半导体复合、光敏化、重金属沉积。
K2Ti4O9是一种层状钛酸盐半导体材料,具有优异的力学性能以及化学稳定性,在催化、光学、航天航空、汽车等领域具有很好的应用。由于K2Ti4O9的层间离子可交换性,可以通过将K2Ti4O9的K+与H+交换得到H2Ti4O9,再进一步将不同的客体引入层间,不同的客体的引入在比表面积、光响应范围、禁带宽度、光催化性能上有不同的效果。研究者已将各种过渡金属氧化物Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3、ZnO、CuO等以及窄禁带宽度的硫化物CdS、ZnS等引入了层间,这些材料均具有多孔性、比表面积大、热稳定性好等优点,其光催化性能也明显高于主体钛酸盐。现今对于H2Ti4O9的层间修饰改性多是过渡金属及其氧化物,还有其他半导体复合,却很少有贵金属的修饰改性。Ag作为一种贵金属,其对光催化剂的贵金属沉积作用,Ag粒子不仅可以捕捉光生电子,而且可以通过表面等离子体共振效应提高催化剂的可见光吸收能力。目前,还未发现Ag- H2Ti4O9催化剂制备及其催化应用的有关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用Ag掺杂H2Ti4O9得到的光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法,该催化剂在可见光下具有优异的光催化能力。
一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9,Ag以Ag+和Ag0两种价态与H2Ti4O9掺杂。
上述可见光催化剂Ag-H2Ti4O9的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,溶胶凝胶法合成前驱体K2Ti4O9,在搅拌条件下将乙酸钾水醇溶液滴入钛酸四丁酯醇溶液中,滴加完毕后,加入浓硝酸并继续搅拌,将得到的淡黄色均质溶胶干燥后研磨成粉,再放入马弗炉中煅烧,即得到K2Ti4O9;
步骤2,盐酸酸化K2Ti4O9得到H2Ti4O9,将K2Ti4O9使用盐酸酸化并不停搅拌,之后将酸化的产物洗涤,干燥即得到H2Ti4O9;
步骤3,剥离-重堆积法制备Ag-H2Ti4O9,将H2Ti4O9用乙胺溶液浸泡,加入蒸馏水,60℃搅拌,离心得到Ti4O9 2-纳米片层溶胶,用乙酸调节溶胶pH值至6-7,在可见光照射条件下,将AgNO3溶液滴加至溶胶里并不断搅拌,产物经离心洗涤、干燥、研磨、煅烧,即可得到Ag-H2Ti4O9光催化剂。
进一步地,步骤1中所述钛酸四丁酯醇溶液是将钛酸四丁酯、乙醇、乙烯丙酮混合制成,所述乙酸钾水醇溶液是将乙酸钾、乙醇、水混合制成,n(TBOT): n(乙酸钾) =2: 1~1.1,V(TBOT):V(乙醇):V(乙酰丙酮):V(水)=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
进一步地,步骤1中乙酸钾水醇溶液滴入钛酸四丁酯醇溶液的滴加速度为20-30滴/min;浓硝酸的质量浓度为65wt.%,滴加浓硝酸的量为2-5滴;马弗炉的煅烧温度为920-950℃、煅烧时间为2-3 h。
进一步地,步骤2中盐酸的浓度为1mol/L,搅拌温度为60-70℃;酸化方式为:每24h换一次盐酸,共计酸化3 d。
进一步地,步骤3中乙胺的质量浓度为69 wt.%,浸泡时间为12 h,60℃搅拌12 h,乙酸浓度为0.01mol/L。
进一步地,步骤3中AgNO3溶液浓度为0.01mol/L,滴加AgNO3溶液搅拌时间为12 h。
进一步地,步骤3中煅烧温度为250-300℃、煅烧时间为2.5h。
上述可见光催化剂Ag-H2Ti4O9在可见光条件下催化降解有机物的应用。
本发明通过剥离重堆积法将Ag掺杂在H2Ti4O9层间,材料中的Ag主要以Ag+和Ag0的形式存在,在可见光的条件下,Ag+加入时,能够在形成沉淀的同时,还将还原的Ag0更均匀的掺杂进材料中。所得到的Ag-H2Ti4O9一方面可以利用Ag粒子的表面等离子体共振效应提高催化剂的可见光吸收能力,另一方面能够增加材料的比表面积,缩短了材料的禁带宽度,进而提高了材料的催化性能,使得催化剂能够在可见光下也有很好的催化性能。
附图说明
图1为实施例1中K2Ti4O9、H2Ti4O9、Ag(H2O)x-H2Ti4O9、Ag-H2Ti4O9的XRD图谱,其中a为K2Ti4O9、b为H2Ti4O9、c为Ag(H2O)x-H2Ti4O9、d为Ag-H2Ti4O9;
图2为实施例1中Ag-H2Ti4O9的HRTEM图;
图3为实施例1中Ag-H2Ti4O9的Ag 3dXPS分析;
图4为实施例1中不同催化剂(空白样,K2Ti4O9,H2Ti4O9,Ag(H2O)x-H2Ti4O9,Ag-H2Ti4O9)在可见光下光催化对甲苯降解性能。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
步骤1,将钛酸四丁酯(TBOT)、乙醇、乙酰丙酮混合,在室温下搅拌30 min。同时,称取乙酸钾,制成乙酸钾的乙醇与水的混合溶液。随后,将配制好了的乙酸钾水醇溶液以20-30滴/min的速度滴入上述的TBOT醇溶液中,并剧烈搅拌。滴加完毕后,加入2~3滴浓硝酸,静置片刻,得到均匀的黄色凝胶。陈化12 h后,将凝胶70 ℃干燥24 h,最后研磨成粉,放入马弗炉中920 ℃热处理2.5 h,研磨后得到白色粉末,即K2Ti4O9催化剂。其中,n(TBOT): n(乙酸钾) =2: 1~1.1,V(TBOT):V(乙醇):V(乙酰丙酮):V(水)=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
步骤2,将天平称得5 g制得的K2Ti4O9和用量筒量取的500 mL 1 mol/L的HCl溶液加入500 mL三口烧瓶中,70℃油浴加热并不断搅拌。每24 h换一次酸,搅拌3 d,得到的白色固体。抽滤洗涤至中性,干燥,研磨,得到白色固体粉末,即H2Ti4O9催化剂。
步骤3,用天平称取1g的H2Ti4O9和1.37g乙胺(69 %)溶液浸泡12 h后,超声12 h,加入250mL蒸馏水60 ℃搅拌12 h。随后离心得到白色的Ti4O9 2-纳米片层溶胶。将得到纳米片层溶胶用0.01M乙酸调节pH值至6~7。按照AgNO3/ H2Ti4O9的物质比100mg/g,在300W氙气灯(波长>420nm)照射条件下,将浓度为0.01 mol/L AgNO3溶液滴进上述溶胶里并不断搅拌。连续搅拌24 h,静置,去除上层清液,离心洗涤,干燥,研磨得到灰褐色固体粉末,记作Ag(H2O)x-H2Ti4O9,再将得到的Ag(H2O)x-H2Ti4O9置于300 ℃马弗炉加热2.5 h得到Ag-H2Ti4O9。
图1为本实施例中K2Ti4O9(a)、H2Ti4O9(b)、Ag(H2O)x-H2Ti4O9(c)、Ag-H2Ti4O9(d)的XRD图谱。从图1中K2Ti4O9(a)、H2Ti4O9(b)的峰形可以看出,K2Ti4O9(a)经过酸化后,H2Ti4O9(b)虽然保留了部分特征峰,但是,峰的强度却发生了改变。同时H2Ti4O9(b)的(200)衍射峰向高角度偏移,说明原材料中的H+取代了K+,层间距变小。在经过Ag离子掺杂之后,Ag(H2O)x-H2Ti4O9(c)、Ag-H2Ti4O9(d),相较于H2Ti4O9(b),结构不变,保留了原有的特征峰。同时,材料在2θ=39.8°出现了微弱的单质银(JCPDS 01-1167)的特征峰(111),说明单质Ag成功掺杂进了材料中。结合图2中材料的HRTEM显示,在材料上的黑色点为Ag单质;从图3可以看出,所得到的Ag-H2Ti4O9中银有Ag+和Ag0两种价态,Ag0颗粒沉积在H2Ti4O9表面,而Ag+以钛-银共价键的形式存在。
Ag-H2Ti4O9光催化剂应用:在可见光条件下,探究所制备的Ag-H2Ti4O9对有机污染物甲苯的降解情况。具体实验操作过程如下:称取1g实验测试的催化剂,将催化剂涂覆在4mm的石英玻璃球上,随后放入反应器中。实验使用的是100ppm甲苯气,氧气浓度为13%。在避光状态下,暗处理60min使体系达到吸附平衡。然后,将溶液置于300W氙灯照射下进行光催化反应,每隔一段时间取样一次,通过气相色谱检测甲苯浓度。根据光照前后甲苯浓度的变化计算降解率,以评价催化剂降解有机物的性能。
由图4可知,本实施例制得的Ag-H2Ti4O910min内甲苯的降解率达到了90%,在可见光下表现出了优异的光催化降解有机物的能力。
实施例2
步骤1,将30 mL钛酸四丁酯(TBOT)、100 mL乙醇、1 mL乙烯丙酮混合,在室温下搅拌30 min。同时,称取4.37 g的乙酸钾,制成乙酸钾的乙醇(50 mL)与水(5mL)的混合溶液。随后,将配制好了的乙酸钾水醇溶液以20-30滴/min的速度滴入上述的TBOT醇溶液中,并剧烈搅拌。滴加完毕后,加入2~3滴浓硝酸,静置片刻,得到均匀的黄色凝胶。陈化12 h后,将凝胶70 ℃干燥24 h,最后研磨成粉,放入马弗炉中920 ℃热处理2.5 h,研磨后得到白色粉末,即K2Ti4O9催化剂。其中,n(TBOT): n(乙酸钾) =2: 1~1.1,V(TBOT):V(乙醇):V(乙酰丙酮):V(水)=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
步骤2,将天平称得5 g制得的K2Ti4O9和用量筒量取的500 mL 1 mol/L的HCl溶液加入500 mL三口烧瓶中,70℃油浴加热并不断搅拌。每24 h换一次酸,搅拌3 d,得到的白色固体。抽滤洗涤至中性,干燥,研磨,得到白色固体粉末,即H2Ti4O9催化剂。
步骤3,用天平称取1g的H2Ti4O9和1.37g乙胺(69 %)溶液浸泡12 h后,超声12 h,加入250mL蒸馏水60 ℃搅拌12 h。随后离心得到白色的Ti4O9 2-纳米片层溶胶。将得到纳米片层溶胶用0.01M乙酸调节pH值至6~7。按照AgNO3/ H2Ti4O9的物质比200mg/g,在300W氙气灯(波长>420nm)照射条件下,将浓度为0.01 mol/L AgNO3溶液滴进上述溶胶里并不断搅拌。连续搅拌24 h,静置,去除上层清液,离心洗涤,干燥,研磨得到灰褐色固体粉末,记作Ag(H2O)x-H2Ti4O9,再将得到的Ag(H2O)x-H2Ti4O9置于300 ℃马弗炉加热2.5 h得到Ag-H2Ti4O9。
实施例3
步骤1,将30 mL钛酸四丁酯(TBOT)、100 mL乙醇、1 mL乙烯丙酮混合,在室温下搅拌30 min。同时,称取4.37 g的乙酸钾,制成乙酸钾的乙醇(50 mL)与水(5mL)的混合溶液。随后,将配制好了的乙酸钾水醇溶液以每秒一滴的速度滴入上述的TBOT醇溶液中,并剧烈搅拌。滴加完毕后,加入2~3滴浓硝酸,静置片刻,得到均匀的黄色凝胶。陈化12 h后,将凝胶70 ℃干燥24 h,最后研磨成粉,放入马弗炉中920 ℃热处理2.5 h,研磨后得到白色粉末,即K2Ti4O9催化剂。其中,n(TBOT): n(乙酸钾) =2: 1~1.1,V(TBOT):V(乙醇):V(乙酰丙酮):V(水)=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
步骤2,将天平称得5 g制得的K2Ti4O9和用量筒量取的500 mL 1 mol/L的HCl溶液加入500 mL三口烧瓶中,70℃油浴加热并不断搅拌。每24 h换一次酸,搅拌3 d,得到的白色固体。抽滤洗涤至中性,干燥,研磨,得到白色固体粉末,即H2Ti4O9催化剂。
步骤3,用天平称取1g的H2Ti4O9和1.37g乙胺(69 %)溶液浸泡12 h后,超声12 h,加入250mL蒸馏水60 ℃搅拌12 h。随后离心得到白色的Ti4O9 2-纳米片层溶胶。将得到纳米片层溶胶用0.01M乙酸调节pH值至6~7。按照AgNO3/ H2Ti4O9的物质比300mg/g,在300W氙气灯(波长>420nm)照射条件下,将浓度为0.01 mol/L AgNO3溶液滴进上述溶胶里并不断搅拌。连续搅拌24 h,静置,去除上层清液,离心洗涤,干燥,研磨得到灰褐色固体粉末,记作Ag(H2O)x-H2Ti4O9,再将得到的Ag(H2O)x-H2Ti4O9置于300 ℃马弗炉加热2.5 h得到Ag-H2Ti4O9。
实施例4
步骤1,将30 mL钛酸四丁酯(TBOT)、100 mL乙醇、1 mL乙烯丙酮混合,在室温下搅拌30 min。同时,称取4.37 g的乙酸钾,制成乙酸钾的乙醇(50 mL)与水(5mL)的混合溶液。随后,将配制好了的乙酸钾水醇溶液以每秒一滴的速度滴入上述的TBOT醇溶液中,并剧烈搅拌。滴加完毕后,加入2~3滴浓硝酸,静置片刻,得到均匀的黄色凝胶。陈化12 h后,将凝胶70 ℃干燥24 h,最后研磨成粉,放入马弗炉中920 ℃热处理2.5 h,研磨后得到白色粉末,即K2Ti4O9催化剂。其中,n(TBOT): n(乙酸钾) =2: 1~1.1,V(TBOT):V(乙醇):V(乙酰丙酮):V(水)=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
步骤2,将天平称得5 g制得的K2Ti4O9和用量筒量取的500 mL 1 mol/L的HCl溶液加入500 mL三口烧瓶中,70℃油浴加热并不断搅拌。每24 h换一次酸,搅拌3 d,得到的白色固体。抽滤洗涤至中性,干燥,研磨,得到白色固体粉末,即H2Ti4O9催化剂。
步骤3,用天平称取1g的H2Ti4O9和1.37g乙胺(69 %)溶液浸泡12 h后,超声12 h,加入250mL蒸馏水60 ℃搅拌12 h。随后离心得到白色的Ti4O9 2-纳米片层溶胶。将得到纳米片层溶胶用0.01M乙酸调节pH值至6~7。按照AgNO3/ H2Ti4O9的物质比400mg/g,在300W氙气灯(波长>420nm)照射条件下,将浓度为0.01 mol/L AgNO3溶液滴进上述溶胶里并不断搅拌。连续搅拌24 h,静置,去除上层清液,离心洗涤,干燥,研磨得到灰褐色固体粉末,记作Ag(H2O)x-H2Ti4O9,再将得到的Ag(H2O)x-H2Ti4O9置于300 ℃马弗炉加热2.5 h得到Ag-H2Ti4O9。
Claims (5)
1.一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9,Ag以Ag+和Ag0两种价态与H2Ti4O9掺杂;
该可见光催化剂Ag-H2Ti4O9的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,溶胶凝胶法合成前驱体K2Ti4O9,在搅拌条件下将乙酸钾水醇溶液滴入钛酸四丁酯醇溶液中,滴加完毕后,加入浓硝酸并继续搅拌,将得到的淡黄色均质溶胶干燥后研磨成粉,再放入马弗炉中煅烧,即得到K2Ti4O9;
步骤2,盐酸酸化K2Ti4O9得到H2Ti4O9,将K2Ti4O9使用盐酸酸化并不停搅拌,之后将酸化的产物洗涤,干燥即得到H2Ti4O9;
步骤3,剥离-重堆积法制备Ag-H2Ti4O9,将H2Ti4O9用乙胺溶液浸泡,加入蒸馏水,60℃搅拌,离心得到Ti4O9 2-纳米片层溶胶,用乙酸调节溶胶pH值至6-7,在可见光照射条件下,将AgNO3溶液滴加至溶胶里并不断搅拌,产物经离心洗涤、干燥、研磨、煅烧,即可得到Ag-H2Ti4O9光催化剂;
其中:乙胺的质量浓度为69 wt.%,浸泡时间为12 h,60℃搅拌12 h,乙酸浓度为0.01mol/L;AgNO3溶液浓度为0.01mol/L,滴加AgNO3溶液搅拌时间为12 h;
煅烧温度为250-300℃、煅烧时间为2.5h。
2.根据权利要求1所述的可见光催化剂Ag-H2Ti4O9,其特征在于:步骤1中所述钛酸四丁酯醇溶液是将钛酸四丁酯、乙醇、乙酰丙酮混合制成,所述乙酸钾水醇溶液是将乙酸钾、乙醇、水混合制成,n TBOT: n乙酸钾=2: 1~1.1,VTBOT:V乙醇:V乙酰丙酮:V水=30:120~ 240: 1~5: 1~5。
3.根据权利要求1所述的可见光催化剂Ag-H2Ti4O9,其特征在于:步骤1中乙酸钾水醇溶液滴入钛酸四丁酯醇溶液的滴加速度为20-30滴/min;浓硝酸的质量浓度为65wt.%,滴加浓硝酸的量为2-5滴;马弗炉的煅烧温度为920-950℃、煅烧时间为2-3 h。
4.根据权利要求1所述的可见光催化剂Ag-H2Ti4O9,其特征在于:步骤2中盐酸的浓度为1mol/L,搅拌温度为60-70℃;酸化方式为:每24 h换一次盐酸,共计酸化3 d。
5.权利要求1所述的可见光催化剂Ag-H2Ti4O9在可见光条件下催化降解有机物的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810495115.0A CN108607549B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810495115.0A CN108607549B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108607549A CN108607549A (zh) | 2018-10-02 |
CN108607549B true CN108607549B (zh) | 2021-04-23 |
Family
ID=63664050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810495115.0A Active CN108607549B (zh) | 2018-05-22 | 2018-05-22 | 一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108607549B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110420645A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-08 | 西安工程大学 | 一种具有吸附性和光催化性能的光催化剂制备方法 |
CN113663677A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-19 | 成都理工大学 | 一种用过渡金属离子调控K2Ti4O9带隙的制备方法及光催化应用 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106345498A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-01-25 | 南京理工大学 | 一种Ag3PO4/H2Ti4O9复合物及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000176295A (ja) * | 1999-01-01 | 2000-06-27 | Otsuka Chem Co Ltd | 光分解触媒及びそれを用いた水素製造方法 |
CN105797754A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 东北师范大学 | 一种氯化银-二氧化钛纳米管复合材料及其制备方法和应用 |
CN106925260B (zh) * | 2017-02-27 | 2020-05-19 | 陕西科技大学 | 一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-05-22 CN CN201810495115.0A patent/CN108607549B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106345498A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-01-25 | 南京理工大学 | 一种Ag3PO4/H2Ti4O9复合物及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108607549A (zh) | 2018-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zaleska | Doped-TiO2: a review | |
Khanizadeh et al. | Mg and La Co-doped ZnO nanoparticles prepared by sol–gel method: synthesis, characterization and photocatalytic activity | |
CN106824213B (zh) | 一种钴氧化物掺杂的碱式碳酸铋/氯氧化铋光催化剂及其制备方法 | |
CN108479774B (zh) | 一种氧化锌复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN103172030A (zh) | 氧化物粉体及其制备方法、催化剂、以及催化剂载体 | |
CN109603809B (zh) | 一种钒酸铋量子点与二氧化钛纳米带复合光催化剂的制备和应用 | |
CN111437867A (zh) | 一种含钨氧化物的复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
TW201402463A (zh) | 雙金屬改質的二氧化鈦及其製備方法 | |
CN108855131A (zh) | 一种银-镍双金属掺杂二氧化钛纳米复合材料的制备和应用 | |
CN108607549B (zh) | 一种可见光催化剂Ag-H2Ti4O9及其制备方法和应用 | |
CN105536843A (zh) | 高可见光电子转移g-C3N4/Au/TiO2类Z型光催化剂的制备方法 | |
CN104069848A (zh) | 一种醇热法制备纯相钛酸铋与氧化钛复合材料的方法 | |
CN110711591A (zh) | 一种光催化降解VOCs催化剂的制备方法及其应用 | |
CN115301225A (zh) | 一种中空微球结构的铋/二氧化钛光催化降解材料的制备方法及其应用 | |
CN110465285B (zh) | 一种BiVO4@碳纳米点复合光催化材料的制备方法与应用 | |
Uma et al. | Enhanced photocatalytic activity of CdS nanostar decorated SiO 2/TiO 2 composite spheres and the simulation effect using FDTD model | |
CN107899594B (zh) | 一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法 | |
JP2012016697A (ja) | 光触媒およびその製造方法 | |
CN108654663B (zh) | 一种混合硝酸盐熔盐法制备硼氮共掺杂单晶介孔TiO2催化材料的方法 | |
CN110227458B (zh) | 一种铜掺杂介孔二氧化钛的复合材料及其应用 | |
Zhang et al. | Carbon-dot-modified TiO 2− x mesoporous single crystals with enhanced photocatalytic activity for degradation of phenol | |
CN113058630B (zh) | 一种适用于室温条件下的高效除甲醛光催化剂的制备方法及应用 | |
CN113893839A (zh) | 一种用于室内空气净化的光催化材料的制备方法 | |
CN113318762A (zh) | 一种花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒可见光催化剂的制备方法及应用 | |
CN109317177B (zh) | 一种合成氮掺杂钒酸铋光催化剂的方法及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |