一種TiO2-M-B協同光催化劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種TiO2?M?B協同光催化劑，由TiO2和M?B兩種組分組成，M?B非晶態合金催化劑均勻分散于TiO2的表面上，其中M為Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag、Ru、La和Ce中的任意一種元素；M元素和TiO2的物質的量之比為0.1?0.6。本發明專利技術提供了一種光催化降解有機小分子（如甲基橙和苯酚）的催化劑，主要由TiO2和Ru?B非晶態合金組成，該催化劑彌補了純TiO2催化劑光降解效率低，且易分解等缺點，TiO2和Ru?B協同光催化劑不僅可以高效快速降解有機小分子（如甲基橙、苯酚等），而且該催化劑重復使用10次，光催化降解有機小分子速率幾乎不變，具有良好的穩定性和工業應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光催化
，具體涉及一種TiO2-M-B協同光催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
隨著社會的發展，污水治理已成為現代社會急需解決的重大環境問題之一。現如今，我國大部分江河湖泊因為工業廢水的無節制排放而遭到較為嚴重的污染，對環境的污染以及居民的身體健康產生了較大的影響。在工業廢水中，像染料、農藥、皮革等行業排出的高濃度有機廢水占相當比重，尤其是染料產品具有抗光解、抗熱及抗生物等性質，使其處理難度更大。因此，開發出比較實用高效的水處理技術已成為人類面臨的重大課題。對于比較難降解的有機物，傳統的處理方法一般有物理吸附法、混凝沉淀法以及混凝氣浮法、電解法和生物降解法等等。而隨著環境污染越來越嚴重，以及對廢水處理難度的不斷提高，相應的出現了一些新的水處理法，例如膜萃取法、超聲降解法和光催化降解法等。其中光催化降解是利用清潔能源，又無二次污染，故引起社會的廣泛關注，且被認為是最具前途的有機廢水處理方法之一。TiO2具有良好的光催化劑降解有機污染物的能力。然而單獨TiO2作為光催化劑具有帶隙較寬，對太陽能利用率低等缺點。M-B（其中M可以是Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag和Ru中的任意一種元素）納米非晶態合金催化劑融合了納米和非晶合金的優良性能，在催化領域有著廣泛的應用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是單獨TiO2作為光催化劑具有帶隙較寬，對太陽能利用率低等，為解決上述問題，本專利技術提供一種光催化降解有機小分子的TiO2-M-B協同光催化劑及其制備方法和應用。本專利技術的目的是以下述方式實現的：一種TiO2-M-B協同光催化劑，由TiO2和M-B兩種組分組成，M-B非晶態合金催化劑均勻分散于TiO2的表面上，其中M為Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag、Ru、La和Ce中的任意一種元素；M元素和TiO2的物質的量之比為0.1-0.6。上述的光催化降解有機小分子的TiO2-M-B協同光催化劑的制備方法，具體步驟如下：（1）TiO2的制備：可溶性鈦鹽和NaOH反應生成TiO2；（2）TiO2-M-B協同光催化劑的制備：TiO2、M元素的可溶性鹽和NaBH4反應生成TiO2-M-B協同光催化劑。所述步驟（1）具體為：取可溶性鈦鹽，用蒸餾水溶解，將配好的可溶性鈦鹽溶液放在75-85℃的恒溫水浴中攪拌備用；取NaOH，用蒸餾水溶解，將配好的NaOH溶液加熱至75-85℃后，將其快速倒入上述可溶性鈦鹽溶液中，繼續攪拌20-40min，以使反應徹底完成；抽濾，洗滌沉淀至洗滌液呈中性，再將沉淀置于130-160℃下干燥3-5h，即可制得TiO2；所述步驟（2）具體為：取步驟（1）制得的TiO2和M元素的可溶性鹽，用蒸餾水溶解，并加熱至70-90℃，攪拌1-2h，使TiO2充分吸附Mn+；取NaBH4，用蒸餾水溶解，將NaBH4溶液滴加到上述攪拌中的TiO2和M元素的可溶性鹽混合溶液中，滴加完成后，繼續在70-90℃下攪拌30-50min，以使反應徹底完成；抽濾，洗滌沉淀至洗滌液呈中性，再將沉淀置于130-160℃下干燥3-5h，再置于400-800℃下焙燒3-5h，即可制得TiO2-M-B協同光催化劑。所述步驟（1）中，可溶性鈦鹽和NaOH的物質的量的比值為0.0135-0.0405。所述步驟（1）中，可溶性鈦鹽和NaOH的物質的量的比值為0.027。所述步驟（2）中，M元素的可溶性鹽與TiO2的物質的量的比值為0.1-0.6，M元素的可溶性氯鹽與NaBH4的物質的量的比值為0.03-1.21。上述TiO2-M-B協同光催化劑在液相光催化降解有機小分子中的應用。根據上述的TiO2-M-B協同光催化劑在液相光催化降解有機小分子中的應用，具體步驟如下：將有機小分子溶液加入到光催化反應器中，加入BiOI-M-B協同光催化劑，打開氙燈電源，在黑暗下預熱，待催化劑與有機小分子達到吸附平衡時取樣，然后打開冷凝水再開燈，60min后取樣；取樣結束后，將樣品離心分離，取上清液進行可見分光光度法分析，通過上清液的吸光度A測定來監測有機小分子的光催化降解效果。相對于現有技術，本專利技術提供了一種光催化降解有機小分子（如甲基橙和苯酚）的催化劑，主要由TiO2和Ru-B非晶態合金組成，該催化劑彌補了純TiO2催化劑光降解效率低，且易分解等缺點，TiO2和Ru-B協同光催化劑不僅可以高效快速降解有機小分子（如甲基橙、苯酚等），而且該催化劑重復使用10次，光催化降解有機小分子速率幾乎不變，具有良好的穩定性和工業應用前景。本專利技術中光催化劑在進行光催化降解反應后，將催化劑固體和水溶液分離后，光催化劑可以直接用于再次加氫反應。具體實施方式實施例1：一種TiO2-M-B協同光催化劑，由TiO2和M-B兩種組分組成，M-B非晶態合金催化劑均勻分散于TiO2的表面上，其中M為Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag、Ru、La和Ce中的任意一種元素；M元素和TiO2的物質的量之比為0.1-0.6。上述的光催化降解有機小分子的TiO2-M-B協同光催化劑的制備方法，具體步驟如下：（1）TiO2的制備：可溶性鈦鹽和NaOH反應生成TiO2；（2）TiO2-M-B協同光催化劑的制備：TiO2、M元素的可溶性鹽和NaBH4反應生成TiO2-M-B協同光催化劑。步驟（1）具體為：取可溶性鈦鹽，用蒸餾水溶解，將配好的可溶性鈦鹽溶液放在75-85℃的恒溫水浴中攪拌備用；取NaOH，用蒸餾水溶解，將配好的NaOH溶液加熱至75-85℃后，將其快速倒入上述可溶性鈦鹽溶液中，繼續攪拌20-40min，以使反應徹底完成；抽濾，洗滌沉淀至洗滌液呈中性，再將沉淀置于130-160℃下干燥3-5h，即可制得TiO2；步驟（2）具體為：取步驟（1）制得的TiO2和M元素的可溶性鹽，用蒸餾水溶解，并加熱至70-90℃，攪拌1-2h，使TiO2充分吸附Mn+；取NaBH4，用蒸餾水溶解，將NaBH4溶液滴加到上述攪拌中的TiO2和M元素的可溶性鹽混合溶液中，滴加完成后，繼續在70-90℃下攪拌30-50min，以使反應徹底完成；抽濾，洗滌沉淀至洗滌液呈中性，再將沉淀置于130-160℃下干燥3-5h，再置于400-800℃下焙燒3-5h，即可制得TiO2-M-B協同光催化劑。步驟（1）中，可溶性鈦鹽和NaOH的物質的量的比值為0.0135-0.0405。步驟（1）中，可溶性鈦鹽和NaOH的物質的量的比值為0.027。步驟（2）中，M元素的可溶性鹽與TiO2的物質的量的比值為0.1-0.6，M元素的可溶性氯鹽與NaBH4的物質的量的比值為0.03-1.21。上述TiO2-M-B協同光催化劑在液相光催化降解有機小分子中的應用。TiO2-M-B協同光催化劑降解有機小分子的具體步驟為：將有機小分子溶液加入到光催化反應器中，加入BiOI-M-B協同光催化劑，打開氙燈電源，在黑暗下預熱，待催化劑與有機小分子達到吸附平衡時取樣，然后打開冷凝水再開燈，60min后取樣；取樣結束后，將樣品離心分離，取上清液進行可見分光光度法分析，通過上清液的吸光度A測定來監測有機小分子的光催化降解效果。實施例2：（1）取Ti(NO3)4，用蒸餾水溶解，將配好的硝酸鈦鹽溶液放在75℃的恒溫水浴中攪拌備用；取NaOH，用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種TiO2?M?B協同光催化劑，其特征在于：由TiO2和M?B兩種組分組成，M?B非晶態合金催化劑均勻分散于TiO2的表面上，其中M為Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag、Ru、La和Ce中的任意一種元素；M元素和TiO2的物質的量的比值為0.1?0.6。

【技術特征摘要】
1.一種TiO2-M-B協同光催化劑，其特征在于：由TiO2和M-B兩種組分組成，M-B非晶態合金催化劑均勻分散于TiO2的表面上，其中M為Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Ag、Ru、La和Ce中的任意一種元素；M元素和TiO2的物質的量的比值為0.1-0.6。2.根據權利要求1所述的TiO2-M-B協同光催化劑的制備方法，其特征在于：具體步驟如下：（1）TiO2的制備：可溶性鈦鹽和NaOH反應生成TiO2；（2）TiO2-M-B協同光催化劑的制備：TiO2、M元素的可溶性鹽和NaBH4反應生成TiO2-M-B協同光催化劑。3.根據權利要求2所述的TiO2-M-B協同光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）具體為：取可溶性鈦鹽，用蒸餾水溶解，將配好的可溶性鈦鹽溶液放在75-85℃的恒溫水浴中攪拌備用；取NaOH，用蒸餾水溶解，將配好的NaOH溶液加熱至75-85℃后，將其快速倒入上述可溶性鈦鹽溶液中，繼續攪拌20-40min，以使反應徹底完成；抽濾，洗滌沉淀至洗滌液呈中性，再將沉淀置于130-160℃下干燥3-5h，即可制得TiO2。4.根據權利要求2所述的光催化降解有機小分子的TiO2-M-B協同光催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）具體為：取步驟（1）制得的TiO2和M元素的可溶性鹽，用蒸餾水溶解，并加熱至70-90℃，攪拌1-2h，使TiO2充分吸附Mn+；取NaBH4，用蒸餾水溶解，將NaBH4溶液滴加到上述攪拌中的TiO2和M元...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫海杰，陳凌霞，陳建軍，黃振旭，蘇曼菲，李曉燕，陳紅霞，王春影，王恒佳，楊夢麗，
申請(專利權)人：鄭州師范學院，
類型：發明
國別省市：河南;41