CN115957733A - 光热协同催化材料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米TiO2‑CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法,该方法首先用浓硫酸加热溶解钛铁矿得到钛液;然后净化钛液,再沉淀除杂并加入硝酸铈,得到原钛酸和氢氧化铈的共沉淀,然后在加入过氧化氢进行过氧化络合,最后在低温下进行光化学晶化,得到纳米TiO2‑CeO2复合溶胶产品。根据本发明的合成方法中首先形成过氧化络合物,然后通过紫外芬顿过程使得过氧化钛、过氧化铈快速分解生成氧化钛‑氧化铈复合物,得到单一晶体结构的TiO2与CeO2复合催化剂。根据本发明的合成方法中在低温下通过紫外光照引发芬顿过程,相较于热分解过程,不仅降低了制备温度,还减少了反应时间,降低了反应的能耗,同时可以得到更均一的产物。
Description
技术领域
本发明属于无机金属氧化物领域,特别涉及一种纳米TiO2-CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法,该合成方法通过低温光化学过程可以得到原位复合的TiO2-CeO2复合溶胶。
背景技术
VOCs是空气污染的一大污染源。长期暴露在含有较高浓度VOCs污染的气体中可引起各种健康问题,甚至引起癌症、畸形和突变。传统的热催化氧化技术能耗高,光催化净化技术效率低。光催化复合热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注,相比单一的光催化或热催化技术,光热协同催化不仅能同时利用光能和热能进行催化反应,还可通过产生的协同效应增强反应效率。
TiO2具有良好的光催化性能,CeO2具有良好的热催化活性,TiO2-CeO2复合材料的界面存在光催化剂TiO2和热催化剂CeO2之间的协同作用,这种界面的强相互作用使得TiO2-CeO2光热协同催化效果较单一的TiO2光催化有了极大的提高。TiO2-CeO2复合材料形成良好的光热协同催化,同时利用光、热催化降解VOCs。
传统的制备TiO2-CeO2复合纳米颗粒的方法有很多,包括固相法、反应沉积法、微乳液法等,但是大部分制备方法仍存在过程复杂、环境污染严重、形貌不均一、尺寸不统一等缺点。例如专利CN108927135A中使用的方法是钛盐和铈盐水解后进行水热反应,最后在400℃~800℃高温煅烧,反应条件要求较高。因此,开发一种新的低温合成方法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的方法采用酸化过氧化与低温光化学复合的合成方法,使材料前驱体先形成过氧化配合物,可精确控制分子、原子的不同比例复合,然后在常压低温(≤100℃)下通过光辐射的方式使Ti原子和Ce原子的过氧键同时分解可以得到形貌、性质可控的复合纳米溶胶材料。本发明的合成方法解决了形貌和成分均匀性的控制的问题,具有制备工艺简单、成本低廉、快速、节能、效率高的优点,所制得的复合材料有望在光解水制氢、降解有机污染物、电化学储能、环境能源催化、电池材料等领域获得应用。
本发明的一个目的在于提供一种简单易控,效果良好,纳米TiO2-CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法。
为了实现本发明的上述目的,本发明的TiO2-CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法包括以下步骤:
(1)酸解
用重量百分比浓度为80wt%以上的浓硫酸加热溶解钛铁矿,所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:6,反应激烈迅速并在5~30min内完成,反应温度控制为180至300℃,得到的固相沉积物用5~10倍体积的水浸取得到钛液;
(2)钛液净化
将步骤(1)的钛液进行过滤除去不溶性矿渣,冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液;
(3)沉淀除杂
将步骤2)中的所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce3+的摩尔浓度为0.4mol/L~0.5mol/L,控制Ti与Ce的摩尔比在0.1:1~10:1,得到混合溶液;
将1.5mol/L的碱液缓慢加入到混合溶液中,中和至pH值为5~11形成沉淀,过滤并洗涤沉淀,去除其中的硫酸根离子和碱,以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成,得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀;
(4)过氧化络合
搅拌条件下将步骤3)中得到的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀加入质量百分浓度为10wt%至60wt%的过氧化氢溶液,继续搅拌直至得到澄清溶液,控制H2O2与Ti的分子摩尔比在1:1至25:1,得到钛-铈过氧化物配合物溶液;
(5)低温光化学晶化
向步骤4)中得到的钛-铈过配合物氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe2+的摩尔浓度为0.001至10mol/l,在365nm汞灯照射下反应60min,365nm紫外光强为0.1mW/cm2~500mW/cm2,得到纳米TiO2-CeO2复合溶胶,其中的Fe2+的转变为Fe2O3,通过过滤除去。
优选地,步骤1)中,所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:4,更优选为1:1至1:3,最优选为1:2。
优选地,步骤1)中,所述钛铁矿的成分组成中TiO2含量为50.0%至52.6%之间。
优选地,步骤1)中,所述固相沉积物用6~8倍体积的水浸取得到钛液,更优选为7.5倍体积的水。
优选地,步骤3)中,控制Ti与Ce的摩尔比在0.5~10,更优选为摩尔比为1~5;
优选地,步骤3)中所述的碱液可采用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质中的至少一种的水溶液;
优选地,步骤3)中向混合溶液中加入碱液中和至pH值为6~8,更优选的pH值为6.5~7.5;
优选地,步骤4)中,所述的过氧化氢溶液质量百分浓度为20wt%至40wt%,更优选的为30wt%;所述的H2O2与Ti的分子摩尔比为2:1至18:1,更优选为8:1至15:1。
优选地,步骤5)中,向步骤4)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe2+的摩尔浓度为0.001至1mol/l,更优选为0.01mol/L至0.1mol/L,最优选为0.05mol/L。
优选地,步骤5)中,所述光照强度为1~100mW/cm2,更优选为10mW/cm2至50mW/cm2,最优选为25mW/cm2。
优选地,根据本发明的所述合成方法如下进行:
1)将质量百分比浓度为85wt%的浓硫酸加热溶解钛铁矿,其中钛铁矿与硫酸的质量比为1:2,得到的固相沉积物用7.5倍体积的水浸取得到钛液,然后过滤除去不溶性矿渣;
2)将步骤1)中的钛液冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液;
3)向步骤2)中所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce3+的摩尔浓度为0.5mol/L,控制Ti与Ce的摩尔比在5:1,得到混合溶液;
向混合溶液中加入1.5mol/L的氨水中和至pH值为6.5~7.5,过滤洗涤,去除硫酸根离子和碱,以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成,得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀;
4)搅拌下向步骤3)中所述的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀2g中加入质量百分浓度为30wt%的过氧化氢溶液20mL,继续搅拌直至得到澄清溶液,其中H2O2与Ti的分子摩尔比约为10:1,得到钛-铈过氧化物溶液;
5)向步骤4)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入1mg的Fe(NO3)2,在25mW/cm2强度365nm紫外光照下反应1h得到纳米TiO2-CeO2复合溶胶,其中的Fe2+的转变为Fe2O3形成沉淀,通过过滤除去。
本发明的另一个目的在于提供一种氧化钛-氧化铈复合溶胶催化剂,所述氧化钛-氧化铈复合溶胶催化剂由根据本发明的所述合成方法制备得到。
本发明的另一个目的在于提供所述氧化钛-氧化铈复合溶胶催化剂在常温光照下催化分解VOC的用途。
有益效果
根据本发明的合成方法采用价格低廉的钛铁矿为原料,避免使用昂贵的有机钛酸酯类化合物,然后在多次洗涤除去硫酸根离子、碱性沉淀剂,得到纯净的正钛酸和氢氧化铈沉淀,以过氧化氢溶解形成过氧化络合物,通过紫外芬顿过程使得过氧化钛、过氧化铈快速分解生成氧化钛-氧化铈复合物,相较于热分解过程形成纳米氧化钛与氧化铈的复合物,得到单一晶体结构的TiO2与CeO2复合催化剂。根据本发明的合成方法中在低温下通过紫外光照引发芬顿过程,相较于热分解过程,不仅降低了制备温度,还减少了反应时间,降低了反应的能耗,同时可以得到更均一的产物,所制备的复合物产物颗粒形貌均匀,能大量节约碱的使用和废水的排放,根据本发明的制备方法工艺简单,在光解水制氢、降解有机污染物、电化学储能、环境能源催化、电池材料等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为表示根据实施例1制备的产物的TEM照片;
图2为表示根据实施例1制备的产物的XRD表征结果。
具体实施方式
以下,将详细地描述本发明。在进行描述之前,应当理解的是,在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义,而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上,根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此,这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例,并非意图限制本发明的范围,从而应当理解的是,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以由其获得其他等价方式或改进方式。
根据本发明的合成方法,使材料先形成过氧化配合物水溶液,从而可以精确控制分子、原子的不同比例复合,进而通过紫外光芬顿过程使过氧根在常压常温(25℃)分解得到形貌、性质可控的纳米材料。
由于紫外芬顿过程是基于分解过氧根络合配体的原理生产纳米金属氧化物,过氧化钛与过氧化铈热稳定性差异对分解过程没有影响,因此可以同时分解过氧化钛与过氧化铈,相较于热分解过程形成纳米氧化钛与氧化铈的复合物,得到单一晶体结构氧化物。而传统的热分解过程,例如煅烧,加热回流等方式中,由于过氧化钛与过氧化铈的热稳定性不同,导致其分解速度不同,往往是先形成二氧化钛,然后再形成二氧化铈,造成两者非原位地复合,特别是原子排列等方式可能随热分解过程条件的不同而不同,进而导致催化性能不够均已,得到的氧化物也不是单一晶体结构。
由于紫外芬顿过程是相较于热化学过程分解过氧键更高效,相较于热分解过程,不仅降低了制备温度,还减少了反应时间,降低了反应的能耗。
同时本发明解决了形貌和成分均匀性的控制的问题,具有制备工艺简单、成本低廉、快速、节能、效率高的优点,所制得的复合材料有望在光解水制氢、降解有机污染物、电化学储能、环境能源催化、电池材料等领域获得应用。
钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物,又称钛磁铁矿,是提炼钛的主要矿石。钛铁矿很重,灰到黑色,具有一点金属光泽。晶体一般为板状,晶体集合在一起为块状或粒状,其成分的理论组成:FeO 47.36%,TiO2 52.64%,是提取钛和二氧化钛的主要矿物。
根据本发明的合成方法的步骤1)中,所述钛铁矿可以为市售可得的钛铁矿,其成分组成中TiO2含量可以为50.0%至52.6%之间。
优选地,步骤1)中,所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:4,更优选为1:1至1:3,最优选为1:2。当钛铁矿与浓硫酸的质量比大于1:0.5,即使用的浓硫酸不足,则不能充分地提取所述钛铁矿中的钛元素,如果钛铁矿与浓硫酸的质量比小于1:4,即使用的浓硫酸过量,则造成浪费,不够经济。
优选地,步骤1)中,所述固相沉积物用6~8倍体积的水浸取得到钛液,更优选为7.5倍体积的水。同样地,如果用水量不足,钛的提取不够充分,如果用水量过大,则则造成浪费,不够经济。
优选地,步骤3)中,控制Ti与Ce的摩尔比在0.5~10,更优选为摩尔比为1~5。通过将Ti与Ce的摩尔比控制在此范围内,可以精确控制分子中Ti与Ce原子的不同比例,在常压低温(≤100℃)就可以得到形貌、性质可控的复合纳米溶胶材料。
优选地,步骤3)中所述的碱液可采用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质中的至少一种的水溶液,出于有利于后续处理步骤的进行的考虑,优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
优选地,步骤3)中向混合溶液中加入碱液中和至pH值为6~8,更优选的pH值为6.5~7.5。该步骤中pH值非常关键,当将pH值控制在6~8之间时,可以很好地实现Ti和Ce的沉降和混合。如果pH值太大,例如大于11,溶液碱性太强,则可能含有较多杂质,不利于后续反应步骤的进行。
优选地,步骤4)中,所述的过氧化氢溶液质量百分浓度为20wt%至40wt%,更优选的为30wt%;所述的H2O2与Ti的分子摩尔比为2:1至18:1,更优选为5:1至10:1。当将H2O2与Ti的分子摩尔比控制为2:1至18:1之间的范围内时,可以对Ti和Ce的氧化络合物共同形最为有利。
优选地,步骤5)中,向步骤4)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe2+的摩尔浓度为0.001至1mol/l,更优选为0.01mol/L至0.1mol/L,最优选为0.05mol/L。同时将采用365nm波长的紫外光进行照射,优选光照强度为1~100mW/cm2,更优选为10mW/cm2至50mW/cm2,最优选为25mW/cm2,在二价铁离子、过氧键以及上述光照条件的共同作用下,可以实现常温常压下过氧化钛与过氧化铈的共同分解,从而形成TiO2和CeO2的复合溶胶。
通过本发明的合成方法,氧化钛与过氧化铈的热稳定性差异对本发明的合成方法中的分解过程没有影响,可以同时分解过氧化钛与过氧化铈。
在本文中,用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语均属于开放性连接词(open-ended transitional phrase),其意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言,含有复数要素的一组合物或制品并不仅限于本文所列出的这些要素而已,而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常固有的其他要素。除此之外,除非有相反的明确说明,否则用语“或”是指涵盖性的“或”,而不是指排他性的“或”。例如,以下任何一种情况均满足条件“A或B”:A为真(或存在)且B为伪(或不存在)、A为伪(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。此外,在本文中,用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”的解读应视为已具体公开并同时涵盖“由…所组成”及“实质上由…所组成”等封闭式或半封闭式连接词。
在本文中,所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征或条件仅是为了简洁及方便。据此,数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值,特别是整数数值。举例而言,“1至8”的范围描述应视为已经具体公开如1至7、2至8、2至6、3至6、4至8、3至8等等所有次级范围,特别是由所有整数数值所界定的次级范围,且应视为已经具体公开范围内如1、2、3、4、5、6、7、8等个别数值。除非另有指明,否则前述解释方法适用于本发明全文的所有内容,不论范围广泛与否。
若数量或其他数值或参数是以范围、较佳范围或一系列上限与下限表示,则其应理解成是本文已特定公开了由任一对该范围的上限或较佳值与该范围的下限或较佳值构成的所有范围,不论这些范围是否有分别公开。此外,本文中若提到数值的范围时,除非另有说明,否则该范围应包括其端点以及范围内的所有整数与分数。
在本文中,在可实现发明目的的前提下,数值应理解成具有该数值有效位数的精确度。举例来说,数字40.0则应理解成涵盖从39.50至40.49的范围。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举,并不对本发明构成任何限制,本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明,以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
此外,除非另有说明,以下公开的试剂和溶剂购自北京伊诺凯(innochem)。TEM通过使用日本电子JEM-2100透射电镜,XRD通过使用德国Bruker公司D8 Focus多晶X射线衍射仪,VOC浓度测定通过深国安PID传感器。
实施例1
1)将质量百分比浓度为85wt%的浓硫酸加热溶解钛铁矿,其中钛铁矿与硫酸的质量比为1:2,得到的固相沉积物用7.5倍体积的水浸取得到钛液,然后过滤除去不溶性矿渣;
2)将步骤1)中的钛液冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的前驱体溶液;
3)向步骤2)中所述的含钛溶液中加入向溶液中加入Ce(NO3)3·6H2O控制Ti与Ce的摩尔比为5,得到混合溶液;
向混合溶液中加入1.5mol/L的稀氨水中和至pH值为7,过滤洗涤,去除硫酸根离子和碱,以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成,得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀;
4)取步骤3)中的所述原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀加水稀释至原钛酸质量百分浓度为1wt%,取稀释后的溶液200g,加入质量百分浓度为30wt%的过氧化氢溶液20mL,得到钛-铈过氧化物溶液;
5)向步骤3)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入1mg的Fe(NO3)2,在500mW/cm2的365nm汞灯照射下反应60min,得到TiO2-CeO2复合溶胶。
6)按照上述方法制备1800mL的TiO2-CeO2复合溶胶,300*300*20mm的10ppi的氧化铝泡沫陶瓷浸渍在复合溶胶中,浸渍1h,150℃烘干3h,冷却后再次浸渍1h,150℃干燥3h,得到表面具有TiO2-CeO2复合催化材料的氧化铝泡沫陶瓷。
所得产物形貌TEM表征结果,请参见图1,证实所得到的是宽度约为5nm,长度约为10nm单一结构纳米颗粒。
所得产物形貌XRD表征结果,请参见图2,将离心纯化后产物用多晶X射线衍射仪测定晶体结构,测试结果证实材料为单一锐钛矿晶型。
性能测试:
用甲苯光热催化实验测试上述催化剂性能。称取2g所制备得到的光热催化剂于反应器中,在300W氙灯光源照射下,10ppm甲苯浓度以100mL/min气体流速通过反应器,尾气用活性炭吸收。气体经过反应器前后,通过PID传感器检测进出口浓度,对甲苯降解效率达90%。
实施例2
除了步骤3)中Ti与Ce的摩尔比调整为2以外,按照实施例1相同的方式得到TiO2-CeO2复合溶胶,测试发现对甲苯降解效率达85%。
实施例3
除了步骤3)中Ti与Ce的摩尔比调整为1以外,按照实施例1相同的方式得到TiO2-CeO2复合溶胶,测试发现对甲苯降解效率达81%。
实施例4
除了步骤6)中泡沫陶瓷板的浸渍次数为4次以外,按照实施例2相同的方式得到TiO2-CeO2复合溶胶,测试发现对甲苯降解效率达92%。
实施例5
除了步骤6)中泡沫陶瓷板的浸渍次数为6次以外,按照实施例2相同的方式得到TiO2-CeO2复合溶胶,测试发现对甲苯降解效率达95%。
对比实施例1
除了步骤5)中不添加Fe(NO3)2,单纯加热回流3h取代365nm紫外光照1h,按照实施例2相同的方式得到TiO2-CeO2复合溶胶,测试发现对甲苯降解效率为62%。
Claims (9)
1.一种纳米TiO2-CeO2复合溶胶的低温光化学合成方法,包括以下步骤:
(1)酸解
用重量百分比浓度为80wt%以上的浓硫酸加热溶解钛铁矿,所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:6,反应激烈迅速并在5~30min内完成,反应温度控制为180至300℃,得到的固相沉积物用5~10倍体积的水浸取得到钛液;
(2)钛液净化
将步骤(1)的钛液进行过滤除去不溶性矿渣,冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液;
(3)沉淀除杂
将步骤2)中的所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce3+的摩尔浓度为0.4mol/L~0.5mol/L,控制Ti与Ce的摩尔比在0.1:1~10:1,得到混合溶液;
将1.5mol/L的碱液缓慢加入到混合溶液中,中和至pH值为5~11形成沉淀,过滤并洗涤沉淀,去除其中的硫酸根离子和碱,以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成,得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀;
(4)过氧化络合
搅拌条件下将步骤3)中得到的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀加入质量百分浓度为10wt%至60wt%的过氧化氢溶液,继续搅拌直至得到澄清溶液,控制H2O2与Ti的分子摩尔比在1:1至25:1,得到钛-铈过氧化物配合物溶液;
(5)低温光化学晶化
向步骤4)中得到的钛-铈过配合物氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe2+的摩尔浓度为0.001至10mol/l,在365nm汞灯照射下反应60min,365nm紫外光强为0.1mW/cm2~500mW/cm2,得到纳米TiO2-CeO2复合溶胶,其中的Fe2+的转变为Fe2O3,通过过滤除去。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤1)中,所述钛铁矿与浓硫酸的质量比为1:0.5至1:4,更优选为1:1至1:3,最优选为1:2;
优选地,步骤1)中,所述钛铁矿的成分组成中TiO2含量为50.0%至52.6%之间。
优选地,步骤1)中,所述固相沉积物用6~8倍体积的水浸取得到钛液,更优选为7.5倍体积的水。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤3)中,控制Ti与Ce的摩尔比在0.5~10,更优选为摩尔比为1~5;
优选地,步骤3)中所述的碱液可采用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质中的至少一种的水溶液;
优选地,步骤3)中向混合溶液中加入碱液中和至pH值为6~8,更优选的pH值为6.5~7.5。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中,所述的过氧化氢溶液质量百分浓度为20wt%至40wt%,更优选的为30wt%;所述的H2O2与Ti的分子摩尔比为2:1至18:1,更优选为8:1至15:1。
5.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤5)中,向步骤4)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入Fe(NO3)2溶液至Fe2+的摩尔浓度为0.001至1mol/l,更优选为0.01mol/L至0.1mol/L,最优选为0.05mol/L。
6.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤5)中,所述光照强度为1~100mW/cm2,更优选为10mW/cm2至50mW/cm2,最优选为25mW/cm2。
7.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述合成方法如下进行:
1)将质量百分比浓度为85wt%的浓硫酸加热溶解钛铁矿,其中钛铁矿与硫酸的质量比为1:2,得到的固相沉积物用7.5倍体积的水浸取得到钛液,然后过滤除去不溶性矿渣;
2)将步骤1)中的钛液冷冻重结晶以过滤除去硫酸亚铁得到含钛的溶液;
3)向步骤2)中所述的含钛溶液中加入Ce(NO3)3溶液至Ce3+的摩尔浓度为0.5mol/L,控制Ti与Ce的摩尔比在5:1,得到混合溶液;
向混合溶液中加入1.5mol/L的氨水中和至pH值为6.5~7.5,过滤洗涤,去除硫酸根离子和碱,以硝酸酸化的硝酸钡或盐酸酸化的氯化钡溶液检测洗出液至无沉淀生成,得到原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀;
4)搅拌下向步骤3)中所述的原钛酸(Ti(OH)4)和氢氧化铈(Ce(OH)3)的共沉淀2g中加入质量百分浓度为30wt%的过氧化氢溶液20mL,继续搅拌直至得到澄清溶液,其中H2O2与Ti的分子摩尔比约为10:1,得到钛-铈过氧化物溶液;
5)向步骤4)中得到的钛-铈过氧化物溶液中加入1mg的Fe(NO3)2,在25mW/cm2强度365nm紫外光照下反应1h得到纳米TiO2-CeO2复合溶胶,其中的Fe2+的转变为Fe2O3形成沉淀,通过过滤除去。
8.一种TiO2-CeO2复合溶胶催化剂,所述TiO2-CeO2复合溶胶催化剂由根据权利要求1至7中任意一项所述合成方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的TiO2-CeO2复合溶胶催化剂在常温光照条件下催化分解VOC的用途。
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CN115957733B (zh) | 2024-07-19 |
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