Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием

Изобретение относится к способу получения фотокаталитического диоксида титана, допированного скандием, который, в частности, может быть использован в производстве фотокатализаторов для разложения стойких органических загрязнителей при очистке воды. Заявленный способ включает смешивание тетрабутоксититана и скандийсодержащего раствора с последующим промыванием дистиллированной водой и сушкой, при этом в качестве скандийсодержащего раствора используют 8-10%-ный водный раствор гидрокарбоната натрия, содержащий 1,0-3,0 г/л скандия, при объемном соотношении тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, равном 3,5:10,0; осуществляют выдержку при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов и сушку при температуре 120-150°С. Технический результат заключается в получении высоких каталитических свойств конечного продукта. 2 пр.

 

Изобретение относится к способу получения фотокаталитического диоксида титана, допированного скандием, который, в частности, может быть использован в производстве фотокатализаторов для разложения стойких органических загрязнителей при очистке воды (A. A. Cavalheiro, J. C. Bruno, M. J. Saeki, J. P. S. Valente, A. O. Florentino, Effect of scandium on the structural and photocatalytic properties of titanium dioxide thin films // J. Mat. Sci. 43 (2) (2008) 602–608).

Известен способ получения c использованием золь-гель метода фотокаталитического диоксида титана, допированного гадолинием, включающий добавление тетрабутилтитаната в безводный этанол с последующим добавлением азотной кислоты, нитрата гадолиния и дистиллированной воды при перемешивании, сушку и прокалку полученного порошка на основе наночастиц диоксида титана, допированного гадолинием (Appl. CN 102784636; МПК B01J 23/10, B01J 35/08; 2012г.).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью использования токсичного органического растворителя и концентрированной азотной кислоты для создания дисперсионной среды, в которой происходит формирование золя диоксида титана, легированного гадолинием; а также необходимость прокалки полученного порошка фотокатализатора при высокой температуре (450°С).

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ получения нанолент диоксида титана, легированного скандием, для фотокатализа. Способ предусматривает смешивание титан- (диоксид титана или тетрабутоксититан или тетраизопропилтитан) и скандийсодержащих (оксид или нитрат или изопропилоксид скандия) реагентов, проведение реакции в тефлоновом автоклаве в течение 6-12 часов при температуре 150-180°C, подкисление смеси и многократную промывку продукта деионизированной водой и раствором соляной кислоты до значения рН 7-8, сушку и прокалку при 450-700°C (Appl. CN 102784636, МПК B01J 23/10, 2013г.).

Недостатком способа является его сложность, обусловленная проведением гидротермальной реакции в автоклаве и последующей прокалки при высокой температуре в течение длительного времени.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и технологичный способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, в наноразмерном состоянии, в частности при сокращении продолжительности процесса.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, включающем смешивание тетрабутоксититана и скандийсодержащего раствора с последующим промыванием дистиллированной водой и сушкой, отличающийся тем, что в качестве скандийсодержащего раствора используют 8-10%-ный водный раствор гидрокарбоната натрия, содержащий 1,0-3,0 г/л скандия, при объемном отношении тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, равном 3,5:10,0; осуществляют выдержку смеси при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов и сушку продукта при температуре 120-150°С.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, в котором технологический процесс осуществляют смешиванием исходных ингредиентов – тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 1,0-3,0 г/л скандия, в предлагаемых авторами условиях.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что фотокатализатор на основе диоксида титана, допированный скандием, может быть получен простым и технологичным способом с использованием золь-гель технологии при условии смешивания тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 1,0-3,0 г/л скандия, в определенном объемном соотношении, что обеспечивает формирование золя с равномерным распределением допанта в матрице диоксида титана, что обусловливает, с одной стороны, отсутствие необходимости введения нейтрализующего реагента и, с другой стороны, получить фотокаталитическую активность в отношении стойких органических загрязнителей.

Авторами экспериментально установлено, что существенным в процессе получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, является соблюдение заявляемых параметров процесса. Так, при снижении температуры реакционной смеси при перемешивании ниже температуры 85°С и сокращении продолжительности выдержки при перемешивании менее 1 часа приводит к увеличению количества аморфной фазы диоксида титана, образующейся в результате деструкции титансодержащего реагента, что затрудняет процесс промывки дистиллированной водой конечного продукта, а также приводит к снижению фотокаталитической активности. Увеличение температуры выше 90оС и продолжительности перемешивания более 3 часов не влияет на фотокаталитические свойства и является нецелесообразным. При уменьшении объемного отношения тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего скандий, менее 3,5:10,0 приводит к увеличению объема реакционной смеси и является нецелесообразным. При увеличении объемного отношения тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего скандий, более 3,5:10,0 наблюдается образование титансодержащих агломератов, что препятствует формированию фотоактивного скандийсодержащего диоксида титана.

При уменьшении содержания скандия в 8-10%-ном водном растворе гидрокарбоната натрия менее 1,0 г/л наблюдается снижение содержания допанта, что приводит к снижению фотокаталитической активности допированного диоксида титана. Увеличение содержания скандия в 8-10%-ном водном растворе гидрокарбоната натрия более 3,0 г/л приводит к увеличению количества аморфной фазы в диоксиде титана, допированном скандием, со снижением фотокаталитической активности, а также затрудняет процесс промывки конечного продукта.

Кроме того, необходимо отметить, что при получении фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, необходимо обеспечить кристаллизацию диоксида титана в структуре анатаза, поскольку именно она обеспечивает наибольшую фотокаталитическую активность. В известных способах получения при осаждении диоксида титана из кислых растворов получают материал преимущественно со структурой рутила, либо рутильная модификация формируется в результате последующего прокаливания исходного диоксида титана при превышении определенного температурного предела. В предлагаемом способе при введении скандийсодержащего раствора в тетрабутоксититан происходит формирование золя диоксида титана, который кристаллизуется при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов при перемешивании. Предлагаемые условия получения исключают увеличение размеров кристаллитов и сохраняют структуру анатаза. Экспериментальным путем было показано, что при использовании раствора гидрокарбоната натрия, содержащего скандий, отсутствует необходимость в использовании нейтрализующих реагентов для промывки фотокатализатора, при этом одновременное присутствие в реакционной смеси тетрабутоксититана и раствора гидрокарбоната натрия, содержащего скандий, обеспечивает равномерное распределение допанта в диоксиде титана в конечном продукте.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут необходимое количество тетрабутоксититана Ti(OBu)4 и смешивают с 8-10%-ным водным раствором гидрокарбоната натрия, содержащим 1,0-3,0 г/л скандия, в объемном соотношении 3,5 : 10,0. 8-10%-ный водный раствор гидрокарбоната натрия, содержащий 1,0-3,0 г/л скандия, получают путем растворения гидрокарбоната натрия NaHCO3 в воде с последующим растворением оксида скандия Sc2О3 с получением содержания скандия в растворе 1,0-3,0 г/л. Реакционную смесь нагревают и выдерживают при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов при постоянном перемешивании. Полученный продукт после охлаждения промывают дистиллированной водой и сушат при 120-150°С в течение 2-4 ч на воздухе. Аттестацию конечного продукта проводят с помощью рентгенофазового и химического анализов, сканирующей электронной микроскопии. Согласно РФА полученный порошковый материал является диоксидом титана преимущественной структуры анатаза со средним размером частиц 5-10 нм. По данным СЭМ продукт представляет собой агломерированный тонкодисперсный порошок с формой частиц близкой к сферической, содержание скандия контролировали химическим анализом.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 3,5 г Ti(OBu)4 и смешивают с 10,0 мл 8%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 1,0 г/л Sc3+. Получают реакционную смесь при объемном соотношении тетрабутоксититана и 8%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 1,0 г/л Sc3+, равном 3,5:10,0. Реакционную смесь нагревают до температуры 85оС при постоянном перемешивании и выдерживают при этой температуре в течение 1 часа. Полученный продукт после охлаждения промывают дистиллированной водой и сушат при 120°С в течение 4 ч на воздухе. По результатам рентгено-фазового анализа конечный продукт содержит оксид титана TiO2 со структурой анатаза и размером частиц 5-6 нм. По результатам химического анализа содержание скандия составляет 1,5 ат.%. Фотокаталитические свойства оценивали по скорости разложения 1,2,4-трихлорбензола в ультрафиолетовом свете. Глубина разложения 1,2,4-трихлорбензола составляет 92% в течение 75 часов и достигает 98% через 100 часов облучения.

Пример 2. Берут 3,5 г Ti(OBu)4 и смешивают с 10,0 мл 10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 3,0 г/л Sc3+. Получают реакционную смесь при объемном соотношении тетрабутоксититана и 8%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, содержащего 3,0 г/л Sc3+, равном 3,5:10,0. Реакционную смесь нагревают до температуры 90оС при постоянном перемешивании и выдерживают при этой температуре в течение 3 часов. Полученный продукт после охлаждения промывают дистиллированной водой на фильтре и сушат при 150°С в течение 2 ч на воздухе. По результатам рентгено-фазового анализа конечный продукт содержит оксид титана TiO2 со структурой анатаза и размером частиц 10 нм. По результатам химического анализа содержание скандия составляет 3,0 ат. %. Фотокаталитические свойства оценивали по скорости разложения 1,2,4-трихлорбензола в ультрафиолетовом свете. Глубина разложения 1,2,4-трихлорбензола составляет 96% в течение 75 часов и достигает 99% через 100 часов облучения.

Таким образом, авторами предлагается простой и технологичный способ получения фотокатализатора на основе оксида титана, допированного скандием, обеспечивающий высокие каталитические свойства конечного продукта.

Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, допированного скандием, включающий смешивание тетрабутоксититана и скандийсодержащего раствора с последующим промыванием дистиллированной водой и сушкой, отличающийся тем, что в качестве скандийсодержащего раствора используют 8-10%-ный водный раствор гидрокарбоната натрия, содержащий 1,0-3,0 г/л скандия, при объемном соотношении тетрабутоксититана и 8-10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, равном 3,5:10,0, осуществляют выдержку при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов и сушку при температуре 120-150°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к синтезу Фишера-Тропша и может быть использовано в переработке альтернативного сырья (природного и попутного нефтяного газа, угля, торфа, битуминозных песков, различных видов биомассы и т.п.) в компоненты моторных топлив.

Изобретение касается функциональных полимерных композиционных материалов, содержащих частицы металлов и/или оксидов металлов, и более конкретно, относится к способам получения гибридных композитных материалов, содержащих диоксид титана в полимерной матрице и обладающих выраженными фотокаталитическими свойствами.

Изобретение относится к области нанотехнологий получения фотокатализаторов для разложения веществ, загрязняющих воду и воздух, и может быть использован в химической и фармацевтической промышленности, а также в отрасли очистки сточных вод и воздушных выбросов.

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к способу изготовления катализатора для топливных элементов, и может быть использовано для получения биметаллических катализаторов, применяемых в химических источниках тока, в частности, в низкотемпературных топливных элементах.

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к способу изготовления катализатора для топливных элементов, и может быть использовано для получения биметаллических катализаторов, применяемых в химических источниках тока, в частности, в низкотемпературных топливных элементах.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области производства гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного гидрирования глюкозы в сорбит, и может быть применено на предприятиях пищевой, фармацевтической и энергетической промышленности для получения пищевых подсластителей, вспомогательных компонентов лекарственных препаратов и антивспенивающей добавки к топливам.

Изобретение относится к технологии приготовления наночастиц катализатора окислительного дегидрирования углеводородов в условиях СВЧ активации (нагрева) реакционной массы, и в частности Mo-V-Te-Nb-Ox катализатора окислительного дегидрирования этана (ОДЭ).

Изобретение относится к технологии приготовления наночастиц катализатора окислительного дегидрирования углеводородов в условиях СВЧ активации (нагрева) реакционной массы, и в частности Mo-V-Te-Nb-Ox катализатора окислительного дегидрирования этана (ОДЭ).

Изобретение относится к способу получения п-ксилола путем контактирования алифатического спирта при температуре 400-550°С, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 1,5-2,5 ч-1 с катализатором, содержащим микромезопористый композит в водородной форме, оксид цинка, оксид хрома при следующем содержании компонентов, % масс.: оксид цинка 0,5-1,5, оксид хрома 5,0-7,0, микромезопористый композит в водородной форме остальное, до 100.

Изобретение относится к области получения эфиров путем каталитических превращений спиртов, а именно фурфурилового спирта, и может найти применение в парфюмерной промышленности, производстве моторных топлив и других областях, в которых применяют эфиры левулиновой кислоты.

Изобретение относится к композиции, содержащей смешанный оксид на основе церия и циркония. Описан смешанный оксид на основе церия и циркония для применения при обработке выхлопных газов от двигателей внутреннего сгорания, содержащий цирконий, церий, лантан и необязательно по меньшей мере один редкоземельный элемент, иной, чем церий и лантан, со следующим составом: 5-70% по массе оксида церия; 20-80% по массе оксида циркония; 1-15% по массе оксида лантана и 0-20% по массе по меньшей мере одного оксида редкоземельного элемента, иного, чем оксид церия и оксид лантана, при этом указанный смешанный оксид проявляет удельную поверхность (удельную поверхность, определенную по методу Брунауэра-Эммета-Теллера (SBET)) в интервале между 35 и 50 м2/г после обжига при 1100°C в течение 4 часов в воздушной атмосфере и удельную поверхность (SBET) в интервале между 55 и 70 м2/г после обжига при 1000°C в течение 4 часов в воздушной атмосфере.

Настоящее изобретение относится к способу окисления циклоалкана с образованием смеси продуктов, содержащей соответствующие спирт и кетон, при этом указанный способ включает приведение в контакт циклоалкана с гидропероксидным соединением в присутствии по меньшей мере катализатора на основе оксида церия.

Настоящее изобретение относится к вариантам способа дегидратации по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из насыщенных спиртов, имеющих от 1 до 25 атомов углерода, ненасыщенных спиртов, имеющих от 2 до 20 атомов углерода, диолов, имеющих от 2 до 20 атомов углерода, в присутствии по меньшей мере одного катализатора дегидратации, выбранного из оксида церия (CeO2), оксида алюминия (γ-Al2O3), силиката алюминия, алюмосиликатов (SiO2-Al2O3), глиноземов, цеолитов; по меньшей мере одного основного агента, выбранного из аммиака (NH3) или из неорганических или органических соединений, содержащих азот, способных образовывать аммиак (NH3) в течение указанного способа дегидратации; и, возможно, диоксида кремния (SiO2).

Изобретение относится к технологии получения ориентированных кристаллов слоистых гидроксисолей на основе гадолиния, которые могут быть использованы в производстве катализаторов, адсорбентов и анионно-обменных материалов, а также для формирования функциональных покрытий при создании различных гетероструктур и приборов для конверсии электромагнитного излучения, сенсоров и многоцветных светоизлучающих диодов (LEDs).

Настоящее изобретение относится к имеющему покрытие из оксидов металлов композиционному материалу, включающему в себя основу, состоящую из смеси стабилизированной La фазы Al2O3 и фазы смешанных оксидов Ce/Zr/RE2O3, и к способу получения имеющего покрытие из оксидов металлов композиционного материала.

Изобретение относится к получению неорганических материалов. Предложен неорганический оксидный материал, включающий: (а) от 25 до 90 весовых частей Al2O3; (b) от 5 до 35 весовых частей СеО2; и (с)(i) от 5 до 35 весовых частей MgO, или (с)(ii) от 2 до 20 весовых частей Pr6O11, или (с)(iii) от 5 до 35 весовых частей MgO и от 2 до 20 весовых частей Pr6O11.

Изобретение относится к производству неорганических составных оксидов. Предложенный способ включает объединение за время, по меньшей мере, 5 минут кислой композиции прекурсоров и основной композиции с получением композиции осадка, имеющей значение рН между 5 и 6,75.

Настоящее изобретение относится к вариантам способа получения алкенолов, а также к способу получения 1,3-бутадиена. Один из вариантов способа получения алкенолов включает дегидратацию 1,3-бутандиола в присутствии по меньшей мере одного катализатора на основе оксида церия, который получают осаждением, в присутствии по меньшей мере одного основания, по меньшей мере одного соединения, содержащего церий, и по меньшей мере одного разбавителя, выбранного из инертных газов, таких как азот (N2) и аргон (Ar), причем способ осуществляют при молярном соотношении между 1,3-бутандиолом и разбавителем, составляющем от 0,3 до 2.
Изобретение относится к способу получения высокодисперсного каталитически активного материала для очистки газовых выбросов от монооксида углерода, заключающемуся в соосаждении гидроксидов церия, и олова, и меди при мольном соотношении Ce:Sn:Cu = 8:1:1 или гидроксидов церия, и олова, и марганца в мольном соотношении Ce:Sn:Mn = 8:1:1 гидроксидом аммония в изопропиловом спирте с последующей термической обработкой в стационарных условиях при температуре 500-600˚С.
Настоящее изобретение относится к частицам оксида церия, которые имеют превосходную термостойкость, в частности, пригодным для катализаторов, функциональной керамики, твердого электролита для топливных элементов, материала для шлифовки, поглотителей ультрафиолетового излучения, и тому подобное, и особенно пригодным для использования в качестве материала катализатора или сокатализатора, например, при катализе для очистки выхлопных газов транспортных средств.

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах.

Изобретение относится к способу получения фотокаталитического диоксида титана, допированного скандием, который, в частности, может быть использован в производстве фотокатализаторов для разложения стойких органических загрязнителей при очистке воды. Заявленный способ включает смешивание тетрабутоксититана и скандийсодержащего раствора с последующим промыванием дистиллированной водой и сушкой, при этом в качестве скандийсодержащего раствора используют 8-10-ный водный раствор гидрокарбоната натрия, содержащий 1,0-3,0 гл скандия, при объемном соотношении тетрабутоксититана и 8-10-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, равном 3,5:10,0; осуществляют выдержку при температуре 85-90°С в течение 1-3 часов и сушку при температуре 120-150°С. Технический результат заключается в получении высоких каталитических свойств конечного продукта. 2 пр.

Наверх