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珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-04-22
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-08-03
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-04-22
基本信息
有效性 实质审查 专利类型 发明专利
申请号 CN202110437023.9 申请日 2021-04-22
公开/公告号 CN113117703A 公开/公告日 2021-07-16
授权日 预估到期日 2041-04-22
申请年 2021年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 B01J27/135C02F1/30C01G23/00 主分类号 B01J27/135
是否联合申请 独立申请 文献类型号 A
独权数量 1 从权数量 8
权利要求数量 9 非专利引证数量 0
引用专利数量 5 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN101678345A、CN105148953A、EP3034469A1、CN106238043A、KR20200064834A 被引证专利
专利权维持 99 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 西安科技大学 当前专利权人 西安科技大学
发明人 侯晨涛、李怡洁、刘华林、王静、李月瑶、王柳菁、张敏敏、张颖、张懿心 第一发明人 侯晨涛
地址 陕西省西安市雁塔区雁塔中路58号 邮编 710054
申请人数量 1 发明人数量 9
申请人所在省 陕西省 申请人所在市 陕西省西安市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
西安佩腾特知识产权代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
曹宇飞
摘要
本发明属于光催化剂技术领域,涉及一种珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用,方法包括以下步骤:1)制备立方体TiOF2前驱体;2)在聚四氟乙烯容器中,将制备的立方体TiOF2前驱体分散于NaOH中,搅拌;并将容器置于高压反应釜中反应、冷却至室温,并用HCl洗涤,直至洗涤滤液pH小于7;3)继续用无水乙醇和水洗涤,直至洗涤滤液pH为7(6.8~7.2),干燥得到珊瑚花状H2Ti3O7。本发明旨利用立方体TiOF2为前驱体,氢氧化钠为剥离剂通过碱性水热法制备出珊瑚状TiOF2光催化剂;该催化剂形貌呈珊瑚状,其光催化性能优越,且对盐酸四环素和罗丹明B催化降解性能良好。
  • 摘要附图
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图1
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图2
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图3
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图4
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图5
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图6
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图7
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图8
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图9
    珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-08-03 实质审查的生效 IPC(主分类): B01J 27/135 专利申请号: 202110437023.9 申请日: 2021.04.22
2 2021-07-16 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:
1)制备立方体TiOF2前驱体,备用;
2)在聚四氟乙烯容器中,将制备的立方体TiOF2前驱体分散于NaOH溶液中,所述立方体TiOF2前驱体与NaOH摩尔比为1:9~11;搅拌均匀;并将容器置于高压反应釜中反应、冷却至室温得到产物,并用HCl溶液洗涤产物,直至洗涤滤液pH小于7,得到样品;
3)继续用无水乙醇和水洗涤样品,直至洗涤滤液pH为6.8~7.2,样品干燥得到珊瑚状TiOF2。

2.根据权利要求1所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中,所述NaOH溶液浓度为0.9~1.1mol/L。

3.根据权利要求1所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中,反应温度为140~160℃,反应时间为2.5~3.5h。

4.根据权利要求2所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述骤2)中,HCl溶液浓度为0.4~0.6mol/L。

5.根据权利要求1所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中,干燥温度为60~80℃。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中,立方体TiOF2前驱体的制备过程包括:
1.1)将冰乙酸CH3COOH和氢氟酸HF按照5:1的体积比加入至聚四氟乙烯内胆中,搅拌均匀,得到混合溶液A;
1.2)以每秒两滴的速度将钛酸四丁酯TBOT加入到溶液A中,搅拌均匀,得到白色悬浮液;所述钛酸四丁酯TBOT与冰乙酸CH3COOH体积比为1:2;
1.3)将聚四氟乙烯内胆置于高压反应釜中,在温度170~190℃下,反应2.5~3.5h,得到的产物经冷却、洗涤、温度为60~80℃下干燥后得到立方体TiOF2前驱体。

7.一种如权利要求1所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法制备的珊瑚状TiOF2光催化剂。

8.如权利要求7所述的珊瑚状TiOF2光催化剂在催化降解盐酸四环素中的应用。

9.如权利要求7所述的珊瑚状TiOF2光催化剂在催化降解罗丹明B中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于光催化剂技术领域,涉及一种珊瑚状TiOF2光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 盐酸四环素是我国使用最多的抗生素之一,广泛应用于医药行业、集约化农业和水产养殖领域。然而,由于四环素结构中的萘酚环不能被生物体完全代谢,超过85%的抗生素可以被提取并排放到环境中,威胁到生态系统和人类健康。此外,罗丹明B是一种应用较为广泛的有机染料,但它的污染浓度大、色度高、可生化性差,用传统的生化和物化的方法都难以处理。近十几年来,光催化氧化技术被大量应用于消除各类有机污染物。在光催化降解有机物的过程中,光催化剂扮演了很重要的角色。
[0003] 氟氧钛(TiOF2)作为一种新型半导体材料已经逐渐出现在光催化的应用领域。目前,大部分TiOF2呈现立方体形貌。然而,在实际应用过程中立方体TiOF2对盐酸四环素和染料的吸附性能较差,不利于污染物到达光催化剂表面的活性位点。因此,高效的TiOF2光催化剂的研发仍然是环境应用领域需要克服的难题。

发明内容

[0004] 本发明旨在公开一种珊瑚状TiOF2光催化剂制备方法,利用立方体TiOF2为前驱体,氢氧化钠为剥离剂通过碱性水热法制备出珊瑚状TiOF2光催化剂;该催化剂形貌呈珊瑚状,其光催化性能优越,且对盐酸四环素和罗丹明B催化降解性能良好。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
[0006] 一种珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法包括以下步骤:
[0007] 1)制备立方体TiOF2前驱体,备用;
[0008] 2)在聚四氟乙烯容器中,将制备的立方体TiOF2前驱体分散于NaOH溶液中,所述立方体TiOF2前驱体与NaOH摩尔比为1:9~11;搅拌均匀;并将容器置于高压反应釜中反应、冷却至室温得到产物,并用HCl溶液洗涤产物,直至洗涤滤液pH小于7,得到样品;
[0009] 3)继续用无水乙醇和水洗涤样品,直至洗涤滤液pH为6.8~7.2,样品干燥得到珊瑚花状TiOF2。
[0010] 进一步的,所述步骤2)中,TiOF2前驱体与NaOH摩尔比为1:9,1:10,1:11;所述NaOH溶液浓度为1mol/L。
[0011] 进一步的,所述步骤2)中,反应温度为140~160℃,反应时间为2.5~3.5h。
[0012] 进一步的,所述骤2)中,HCl溶液浓度为0.4~0.6mol/L。
[0013] 进一步的,所述步骤3)中,干燥温度为60~80℃。
[0014] 进一步的,所述步骤1)中,立方体TiOF2前驱体的制备过程包括:
[0015] 1.1)将冰乙酸CH3COOH和氢氟酸HF按照5:1的体积比加入至聚四氟乙烯内胆中,搅拌均匀,得到混合溶液A;
[0016] 1.2)以每秒两滴的速度将钛酸四丁酯TBOT加入到溶液A中,搅拌均匀,得到白色悬浮液;所述钛酸四丁酯TBOT与冰乙酸CH3COOH体积比为1:2;
[0017] 1.3)将聚四氟乙烯内胆置于高压反应釜中,在温度170~190℃下,反应2.5~3.5h,得到的产物经冷却、洗涤、温度为60~80℃下干燥后得到立方体TiOF2前驱体。
[0018] 一种所述的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法制备的珊瑚状TiOF2光催化剂。
[0019] 一种所述的珊瑚状TiOF2光催化剂在催化降解盐酸四环素中的应用。
[0020] 一种所述的珊瑚状TiOF2光催化剂在催化降解罗丹明B中的应用。
[0021] 本发明的有益效果是:本发明利用立方体TiOF2为前驱体,氢氧化钠为剥离剂通过碱性水热法成功制备出珊瑚状TiOF2,该TiOF2形貌珊瑚状,活性位点多;同时将珊瑚状TiOF2用作光催化剂,能有效吸附降解溶液中的盐酸四环素和罗丹明B,对印染废水中的罗丹明B降解率达到90%,对于抗生素废水中的的盐酸四环素降解率达到85%以上,催化降解性能良好。

实施方案

[0031] 现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
[0032] 实施例1~实施例5
[0033] 本实施例提供的珊瑚状TiOF2光催化剂的制备方法包括以下步骤:
[0034] 1)通过一步水热法合成制备立方体TiOF2前驱体,备用;
[0035] 1.1)将冰乙酸CH3COOH和氢氟酸HF按照体积比加入至聚四氟乙烯内胆中,25℃搅拌5min,得到混合溶液A;
[0036] 1.2)以每秒两滴的速度将钛酸四丁酯TBOT加入到溶液A中,25℃搅拌1h,得到白色悬浮液;钛酸四丁酯TBOT与冰乙酸CH3COOH体积比为1:2;
[0037] 1.3)将聚四氟乙烯内胆置于高压反应釜中,反应得到的产物经冷却至25℃、用乙醇和超纯水洗涤、干燥后得到立方体TiOF2前驱体;
[0038] 2)通过碱性水热法合成珊瑚状TiOF2;
[0039] 具体的,在聚四氟乙烯容器中,将制备的立方体TiOF2前驱体分散于NaOH溶液中,25℃搅拌1h;并将容器置于高压反应釜中反应、冷却至25℃得到产物,并用HCl溶液洗涤产物,直至洗涤滤液pH小于7,得到样品;
[0040] 3)继续用无水乙醇和水洗涤样品,直至洗涤滤液pH为7,样品干燥得到珊瑚状TiOF2。
[0041] 实施例1~实施例5提供的制备方法步骤相同,但是5个实施例中,各步骤采用的制备参数有所不同,具体参数如表1所示。
[0042] 表1实施例1~实施例5各制备参数
[0043]
[0044]
[0045] 在实施例1~实施例5中,选择实施例1提供的参数制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,并对其性能进行试验研究,进一步说明本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂性能优越性。
[0046] 试验1XRD
[0047] 试验组:实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂;
[0048] 对比组:立方体TiOF2;
[0049] 采用多晶X射线衍射仪(XD‑3,北京普析通用仪器有限公司)分别对试验组和对比组进行X射线衍射分析,得到XRD图谱(如图1所示);
[0050] 通过图1可以看出,2θ=23.69°、33.54°、48.11°、54.15°、60.02°和66.98°处的衍射峰归因于立方体TiOF2的{100}、{110}、{200}、{210}、{211}、{220}面(JCPDS no.080060)。证实了我们制备出结晶度良好的TiOF2。
[0051] 试验2SEM
[0052] 对实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,采用场发射扫描电子显微镜(German Zeiss sigma 500)进行扫描电镜试验分析进行扫描电镜试验分析,得到SEM图谱(如图2和图3所示)。
[0053] 从图2和图3可以看出,TiOF2是由较小的纳米颗粒(20‑30nm)聚集成棒状从而呈现出珊瑚状的结构。
[0054] 试验3BET
[0055] 对实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,采用高精度比表面积及孔径分析仪(JW‑BK122W,北京精微高博科学技术有限公司)进行比表面积和孔径分析试验,得到BET曲线图和BJH孔径分布图,如图4所示。
[0056] 从图4分析可知,珊瑚状TiOF2光催化剂显示出IV型等温线和H3型磁滞环,表明介2
孔结构的存在。这表明固体由形成狭缝状孔的颗粒聚集体组成。比表面积为125.3m /g,孔
3
体积为0.15cm/g,平均孔径为7.94nm。
[0057] 试验4紫外可见漫反射光谱
[0058] 对实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,采用采用紫外可见分光光度计(Shimadzu UV‑2600,Japan)进行紫外分析试验,得到紫外反射光谱图,如图5所示。
[0059] 从图5可知,珊瑚状TiOF2对于紫外光和可见光有良好的吸收;同时根据图5得到的数据做出吸收光谱图,如图6所示。
[0060] 在图6中,做出吸收光谱图的切线,从而得到禁带宽度为2.88eV,这说明该催化剂具有较窄的带隙能,易被可见光激发产生载流子分离。
[0061] 试验5催化降解
[0062] 1)盐酸四环素降解
[0063] 分别取10mg/L、100mL盐酸四环素溶液两份,并向两份盐酸四环素溶液中分别加入0.03g实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂和立方体TiOF2前驱体,待溶液中的污染物在黑暗条件下达到吸附解吸平衡后,开启模拟太阳光分别在0min、10min、20min、30min、40min、
50min和60min下检测溶液中的盐酸四环素的含量,结果如图7所示。
[0064] 从图7可知,采用本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,光催化降解30min对盐酸四环素的总去除率可达到85%以上,其降解率远高于立方体TiOF2(30%)。
[0065] 2)罗丹明催化降解
[0066] 分别取10mg/L、100mL罗丹明B溶液两份,并向两份罗丹明B溶液中分别加入0.03g实施例1制备的珊瑚状TiOF2光催化剂和立方体TiOF2前驱体,待溶液中的污染物在黑暗条件下达到吸附解吸平衡后,开启模拟太阳光分别在0min、10min、20min、30min、40min、50min和60min下检测溶液中的罗丹明B的含量,结果如图8所示。
[0067] 从图8可知,采用本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂,光催化降解15min对罗丹明B的总去除率可达到90%以上,其降解率远高于立方体TiOF2(20%)。
[0068] 同时分别观察降解时间对罗丹明B溶液颜色的影响,如图9所示,催化降解15min,罗丹明B溶液颜色从初始的粉红色变为接近白透明色。
[0069] 本发明制备的珊瑚状TiOF2催化降解活性好是由于珊瑚状TiOF2具有大的比表面积,使得污染物可以迅速吸附在光催化剂表面。进一步,当模拟太阳光照射时,由于珊瑚状‑TiOF2具有可见光响应可使得载流子分离,电子与氧气作用生成·O2 ,空穴与水作用生成·OH从而对污染物产生降解,对印染废水中的罗丹明B降解率达到90%,对于抗生素废水中的的盐酸四环素降解率达到85%以上,降解效果明显。

附图说明

[0022] 图1为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的XRD图谱;
[0023] 图2为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的SEM图谱(500nm);
[0024] 图3为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的SEM图谱(100nm);
[0025] 图4为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的BET曲线图;
[0026] 图5为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的紫外光谱图;
[0027] 图6为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂的Tauc图;
[0028] 图7为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂与立方体TiOF2对盐酸四环素的催化降解图;
[0029] 图8为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂与立方体TiOF2对罗丹明B的催化降解图;
[0030] 图9为本发明制备的珊瑚状TiOF2光催化剂对罗丹明B催化降解变化实物图。
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