[發明專利]一種多壁碳納米管負載二氧化鈦催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201010110044.1
• 申請日: 2010-02-11
• 公開（公告）號: CN101966449A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 鞠勇明;方建德;林必桂;吳英海;張雨葵
• 申請（專利權）人: 環境保護部華南環境科學研究所
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J21/06;B01J37/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及納米級復合光催化劑材料的制備方法，具體而言，是指多壁碳納米管負載二氧化鈦催化劑(Ti0₂/MWCNT)的制備方法。?

背景技術

1985年，英國薩塞克斯大學的波譜學家Kroto教授與美國萊斯大學的Smalley和Curl教授在合作研究中發現碳元素可以形成由60個或70個碳原子構成的高度對稱性籠狀結構的C60和C70分子，即：巴基球(Buckyballs)。1990年代初，日本電鏡專家Iijima首先在Nature報道了多壁碳納米管(MWCNT；Nature，1991，354，56-58)和單壁碳納米管(SWCNT；Nature，1993，363，603-605)，由此掀起了繼C60之后的又一研究高潮。作為一種人工制備的特殊低維材料，碳納米管(CNT)表現出許多獨特的力學、電學、光學和熱學性質，在信息、生物、電子、航空等多個領域有重要的應用前景(Science，2002，297-787)，因而成為國際上納米科學和技術的研究熱點，例如：鑒于CNT具有高熱導率和單向導熱的熱學性質可作為復合材料的添加劑來提高材料的熱學和力學性能(Chem.Phys.Lett，2003，375-666)，可以通過制備納米流體提高其導熱性能，進而對材料進行表面修飾以強化相變和對流換熱，等等。此外，CNT具有獨特的中空結構、較大比表面積、較強吸附能力、優良的導電性，是理想的催化劑載體并具有分離光生電子-空穴的潛力。余濟美和趙進才等證實：碳納米管可以通過降低e-/h+的復合來提高有機物的降解效率(Applied?Catalysis?B：Environmental.2005，61，1-11)。因此，CNT具有解決自1972年TiO₂電極光催化分解水(Nature.1972，238，37-38)研究報道以來一直存在的科研難題的潛力，即：通過制備碳納米管負載二氧化鈦催化劑(TiO₂/CNT)可以解決傳統二氧化鈦光催化反應過程中存在的光生電子-空穴對(e^-/h⁺)高復合導致的光量子效率低的難題，因此該方法是解決TiO₂光量子效率低的較好方法之一。?

文獻檢索證實：制備TiO₂/CNT主要采用溶膠-凝膠法。為了在碳納米管表面形成-COOH，＞C＝O，-OH等官能團以增加CNT在水中的分散性，Sung-Hwan?Lee等把CNT在HNO₃中超聲分散30min并在140℃下活化10小時后，再以硫酸鈦為原料采用溶膠-凝膠法制備TiO₂/CNT(Colloids?and?Surfaces?B：Biointerfaces，2005，40，?93-98)。Kimberlya.Gray等將P25和硝酸活化的CNT分別加入水中并超聲分散后，在104℃下將溶劑蒸干即制備TiO₂/CNT(Environ.Sci.Technol.2008，42，4952-4957)。Joaquim?Luis?Faria等向乙醇-異丙醇鈦混合液中加入CNT，再把溶劑風干即制備TiO₂/CNT(Applied?Catalysis?B：Environmental.2005，56，305-312)。上述溶膠-凝膠過程盡管形成特征性的膠聯狀鈦合物膠體，但缺乏制備負載均勻的TiO₂/CNT的反應環境，即：無法保證這些二氧化鈦膠體剛好分散在CNT表面上。此外，S.Bonnamy等對比研究溶膠-凝膠法和水熱法制備TiO₂/CNT過程發現：以15wt.％溶解在稀H₂SO₄中的硫酸鈦和CNT為原料，120℃條件下水熱5小時制備的TiO₂/CNT形貌上不如溶膠-凝膠法制備的TiO₂/CNT(Carbon，2004，42，1147-1151)。但是，上述制備沒有采用超聲分散及攪拌方法且水熱法升溫過程未知，因此，水熱法制備的TiO₂/CNT形貌較差。通過上述文獻研究可知：采用溶膠-凝膠方法制備TiO₂/CNT催化劑最主要的問題是無法提供TiO₂選擇性、均勻負載在CNT上特殊的制備環境，即：無法確保TiO₂選擇性負載在CNT的表面上而不在反應溶液中形成顆粒狀二氧化鈦，其次，目前為止沒有研究探索將TiO₂均勻負載在CNT的表面上以及其催化活性是否進一步提高。?