轻质陶砂表面包覆TIOSUB2/SUB/SNOSUB2/SUB光催化材料的方法.pdf

轻质陶砂表面包覆TiO2/SnO2光催化材料的方法，它涉及一种光催化材料的制备方法。本发明解决了现有方法采用的固化基底材料易于沉淀的问题。本发明方法如下：将轻质陶砂浸入到溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干后放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO2/SnO2的光催化材料。本发明所用的轻质陶砂的表面的空隙可与TiO2

1、  轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法如下：将轻质陶砂浸入到溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得，溶胶-凝胶液中SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1。

2、  根据权利要求1所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于将轻质陶砂在100℃的条件下烘干1小时。

3、  根据权利要求1或2所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于将轻质陶砂在马弗炉中加热至405℃～445℃。

4、  根据权利要求3所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于将轻质陶砂在马弗炉中加热至410℃～440℃。

5、  根据权利要求3所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于将轻质陶砂在马弗炉中加热至420℃～430℃。

6、  根据权利要求3所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于将轻质陶砂在马弗炉中加热至425℃。

7、  根据权利要求3所述的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法，其特征在于所述TiO₂溶胶-凝胶液的制备方法如下：按照1∶4的摩尔比将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯搅拌25～35min，即得到TiO₂溶胶-凝胶液；其中乙酰乙酸乙酯加入量为钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰乙酸乙酯总质量的2％～5％。

轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法
技术领域
本发明涉及一种光催化材料的制备方法。
背景技术
TiO₂光催化剂负载后的比表面积有限，没有颗粒光催化材料的比表面积大，所以光催化膜的光催化效率没有颗粒光催化剂的效率高，另外，TiO₂的禁带宽度在3.2cv，必须在紫外光照条件下才具有光催化作用，而一般的固化基底材料易于沉淀，光照效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决现有方法采用的固化基底材料易于沉淀的问题，提供了一种轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法。
本发明轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法如下：将轻质陶砂浸入到溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得，溶胶-凝胶液中SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1；将轻质陶砂浸入到SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1的溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得；所述TiO₂溶胶-凝胶液的制备方法如下：按照1∶4的摩尔比将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯搅拌25～35min，即得到TiO₂溶胶-凝胶液；其中乙酰乙酸乙酯加入量为钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰乙酸乙酯总质量的2％～5％。
本发明所用的轻质陶砂的表面有许多较连续且不太光滑平整的空隙，这些空隙，可与TiO₂/SnO₂结合的较为牢固，并且轻质陶砂的比重为1.0g/cm³～1.3g/cm³，接近于水的比重，因此，本发明轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料容易在水中悬浮，不易沉淀，从而增加了轻质陶砂表面包覆TiO₂光催化材料的光照效率和吸附能力。本发明轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料形成了空穴的晶体结构，在降低能带宽度的同时可以有效的分离电子-空穴对，使电子易于跃迁的同时，还可以防止电子-空穴的复合，从而提高了光催化效率。本发明方法简单可行，成本低廉，易于形成产业化生产。
附图说明
图1是具体实施方式七中制备的轻质陶砂的SEM图；图2是具体实施方式七中所得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的SEM照片；图3是具体实施方式七中所得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的能谱分析图；图4是轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料和轻质陶砂表面包覆TiO₂的光催化材料用于降解罗丹明B的降解率曲线对比图，图中-◆-表示轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的降解罗丹明B的降解率曲线，-■-表示轻质陶砂表面包覆TiO₂光催化材料的降解罗丹明B的降解率曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法如下：将轻质陶砂浸入到溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得，溶胶-凝胶液中SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1。
将轻质陶砂浸入到SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1的溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得。
本实施方式中TiO₂溶胶-凝胶液的制备方法如下：按照1∶4的摩尔比将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯搅拌25～35min，即得到TiO₂溶胶-凝胶液；其中乙酰乙酸乙酯加入量为钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰乙酸乙酯总质量的2％～5％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是将轻质陶砂在100℃的条件下烘干1小时。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是将轻质陶砂在马弗炉中加热至405℃～445℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是将轻质陶砂在马弗炉中加热至410℃～440℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是将轻质陶砂在马弗炉中加热至420℃～430℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是将轻质陶砂在马弗炉中加热至425℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式七：本实施方式中轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂光催化材料的方法如下：将轻质陶砂浸入到SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1的溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料；其中溶胶-凝胶液由SnCl₄加入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时制得，溶胶-凝胶液中SnO₂与TiO₂摩尔比为0.04∶1。
其中所用轻质陶砂由粘土与石灰石按1～4∶15的质量比混合制得直径为1cm～3cm的坯料，然后将坯料在温度为1200℃的条件下烧结0.5小时，即得轻质陶砂，所用粘土按质量百分比由53％～79％的SiO₂、12％～26％的Al₂O₃和8％～24％氧化物溶剂组成，氧化物溶剂由K₂O、Na₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃和FeO组成，所得轻质陶砂中各成分组成如下表：


由图1看出在轻质陶砂的表面有许多较连续且不太光滑平整的空隙，这些空隙，可与TiO₂/SnO₂结合的较为牢固，通过试验得到此轻质陶砂的比重为1.0g/cm³～1.3g/cm³，接近于水的比重。
由图2观测到轻质陶砂表面包覆着SnO₂-TiO₂颗粒和SnO₂-TiO₂颗粒团聚体，这是因为SnO₂在烧结过程中形成氧化物粒子分散在TiO₂晶粒表面，尤其是TiO₂晶粒的边界上，这样烧结过程中TiO₂晶粒表面Ti和O原子的重排受到阻滞。另外，由于部分边界接触点可能被SnO₂粒子占据，较小TiO₂晶粒相互键的接触聚集也会受到一定的影响，最终导致TiO₂晶粒的粒径减小。
具体实施方式八：本实施方式中轻质陶砂表面包覆TiO₂光催化材料的方法如下：将轻质陶砂浸入到TiO₂溶胶-凝胶液中搅拌0.5小时，取出后再在100℃的条件下烘干0.5小时～1.5小时，再放入马弗炉中，在400℃～450℃的条件下保温1小时，自然冷却至室温，即得轻质陶砂表面包覆TiO₂的光催化材料。
本实施方式中TiO₂溶胶-凝胶液的制备方法如下：按照1∶4的摩尔比将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，再加入乙酰乙酸乙酯搅拌25～35min，即得到TiO₂溶胶-凝胶液；其中乙酰乙酸乙酯加入量为钛酸四丁酯、无水乙醇和乙酰乙酸乙酯总质量的2％～5％。
具体实施方式九：本实施方式将具体实施方式一所得的轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料和具体实施方式八所得的轻质陶砂表面包覆TiO₂的光催化材料分别用于降解罗丹明B进行试验，具体试验过程如下：
在室温下将20ml浓度为10mg/L的罗丹明B水溶液和1.5g轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料混合搅拌20min形成悬浮液，然后将悬浮液分别在光强为7.2×10³mW/cm^-2的紫外灯照射下进行光降解反应，并将所得溶液分别离心，取其清液用日本岛津公司UV-2550紫外可见分光光度仪测定罗丹明B在波长553nm处吸光度的变化，根据吸光度的变化来判定轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料对罗丹明B的降解率及轻质陶砂表面包覆TiO₂的光催化材料对罗丹明B的降解率。
罗丹明B在最大吸收波长662nm处的吸光度与在特征吸收波长287nm处的吸光度与浓度的关系符合朗伯-比耳定律，见公式(2-5)。
A＝KLC    (2-5)
式中A——吸光度；
    K——吸收系数(L/g·cm)；
    L——溶液光径长度(cm)；
    C——溶液浓度(g/L)。
试验中吸收系数和溶液光波长度都是常数，令α＝KL，则上式可以转变成见公式(2-6)。
A＝αC    (2-6)
可以看出溶液浓度C和吸光度成正比例的关系，所以可以用吸光度的变化来反映罗丹明B溶液被降解的程度，见公式(2-7)。

式中A₀——待降解溶液的原始吸光度；
    A_n——待降解溶液被TiO₂降解之后的吸光度。
由图4可以看出，在相同的试验条件下，轻质陶砂表面包覆TiO₂/SnO₂的光催化材料降解罗丹明-B的效果要好于轻质陶砂表面包覆TiO₂的光催化材料降解罗丹明-B的效果，这是由于SnO₂与TiO₂的能级结构不同，导致光生电子从TiO₂转移到SnO₂表面，空穴则向相反方向移动，在降低能带宽度的同时可以使TiO₂表面光生电子与空穴有效分离，使电子易于跃迁的同时，还可以防止电子-空穴的复合，提高光催化效率。