[發(fā)明專利]一種制備高光催化活性介孔二氧化鈦粉末的水熱表面氟化方法

無效

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• 申請日: 2009-04-08
• 公開（公告）號: CN101524642A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 余家國;王文廣;程蓓
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J37/26;B01J37/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 張安國

技術領域

本發(fā)明涉及水熱表面氟化處理提高二氧化鈦光催化活性的方法。

技術背景

自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)二氧化鈦光催化分解水以來，二氧化鈦和其他半導體光催化材料由于在水和空氣凈化以及太陽能領域具有廣泛的潛在應用而受到密切關注。在各種氧化物和非氧化物半導體光催化材料中，二氧化鈦以其生物和化學惰性、強的氧化能力、廉價以及抗光和化學腐蝕的持久穩(wěn)定性而成為最合適的光催化材料。從實際應用和商業(yè)角度來看，二氧化鈦的光催化活性必須進一步提高。近年來，許多研究發(fā)現(xiàn)氟摻雜可以提高銳鈦礦相二氧化鈦的結晶度和光催化活性，而表面氟化則成為二氧化鈦表面改性的一種新方法。表面氟化可以簡單地通過二氧化鈦表面的羥基與氟離子之間的離子交換反應來實現(xiàn)。

表面氟化后的二氧化鈦(F-TiO₂)在水溶液中的光催化氧化酸性橙7和苯酚的過程中顯示出比未氟化的二氧化鈦更高的光催化活性。二氧化鈦的氟化程度很大程度取決于pH值，當pH等于3-4時具有最高的氟化程度(約99％)。研究表明氟化后的表面有利于羥基自由基(非表面羥基)的產(chǎn)生，而羥基自由基有助于提高氧化能力。由于表面氟化物本身不會與價帶空穴反應，F(xiàn)-TiO₂懸浮液光催化氧化能力的提高可歸因為羥基自由基的增多(反應2)，而未氟化的TiO₂表面的羥基自由基更趨向于吸附在表面(反應3)。

這些反應表明：F-TiO₂懸浮液中的光催化反應可以在遠離TiO₂表面的溶液內(nèi)部進行。當前二氧化鈦表面氟化方法是通過二氧化鈦表面的羥基與氟離子之間的離子交換反應來實現(xiàn)(反應3)，采用這種方法制備的表面氟化二氧化鈦在氣相光催化反應中通常表現(xiàn)出較低的光催化活性。

本專利提出了一種水熱表面氟化處理提高二氧化鈦光催化活性的方法，即通過水熱處理鈦酸四丁酯(TBOT)在氟化氫銨、乙醇和水的混合溶液中的沉淀物，一步制備出具有高光催化活性的表面氟化介孔二氧化鈦粉末。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，考慮到通常制備高活性納米二氧化鈦光催化劑方法存在的不足，提出了一種制備高光催化活性介孔二氧化鈦粉末的水熱表面氟化方法。該方法簡單、低溫、水為溶劑，環(huán)境友好。采用本方法可制備晶粒大小為10-12nm，介孔孔徑為5.5-6.5nm，比表面積為120-125m²/g的高活性介孔二氧化鈦光催化劑。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：

一種制備高光催化活性納米二氧化鈦粉末的水熱表面氟化方法，其特征是催化劑制備與表面氟化處理一步完成，方法步驟依次為：

第1、配置氟化氫銨水溶液和鈦酸四丁酯乙醇溶液，溶液配置是：0.01-1克氟化氫銨加入150毫升水；12毫升鈦酸丁酯加入10-40毫升乙醇中；

第2、所配置的鈦酸丁酯的乙醇溶液在磁力攪拌下逐滴加入到氟化氫銨水溶液中；

第3、將此混合溶液轉(zhuǎn)移到200毫升水熱釜中，使水熱釜的80％體積得以填充，蓋嚴水熱釜，在100-200℃水熱反應5-24小時；

第4、把所得的白色固體沉淀收集依次用水和乙醇洗滌，然后在真空干燥箱中于30-100℃下干燥1-3小時，即制得高光催化活性納米二氧化鈦粉末。

優(yōu)選制備條件是：所述的氟化氫銨水溶液按0.29-0.57克氟化氫銨加120毫升水配置；

所述的鈦酸四丁酯乙醇溶液按鈦酸四丁酯5-10毫升加30毫升乙醇配置，最好按鈦酸四丁酯6-7毫升加30毫升乙醇配置；

所述的水熱反應溫度為140-160℃；

所述的水熱反應時間為8-12小時；

第4步在真空干燥箱中于80℃干燥2小時。