[發明專利]復相塊狀大孔二氧化鈦材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010524807.7
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102451671A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 孫彩霞;曹麗華;尚建庫
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于催化環境保護技術領域，具體為一種制備復相塊狀大孔二氧化鈦材料的方法。特別是涉及一種在可見光下具有光催化性能的復相塊狀大孔二氧化鈦材料。

背景技術

隨著人類社會的不斷進步和工業的飛速發展，工業廢水的排放量逐年增加，且大都具有有機物濃度高，生物降解性差甚至有生物毒性等特點，并且有的含有大量病原微生物及重金屬離子。國內外對此類高濃度難降解廢水的綜合治理都給予以高度重視。目前，部分成分簡單，生物降解性略好，濃度較低的廢水都可以通過組合傳統的工藝得到處理，而濃度高，難以生物降解的廢水治理工作在技術和經濟上存在很大困難。有人預測，如果水資源問題得不到解決，還有可能引發世界性的為爭奪使用水資源權利的戰爭，所以水污染已經成為了重大的經濟、社會、道德、全民健康問題，二十一世紀解決人類的水資源問題就成了一項重大的挑戰。

傳統的水處理方法盡管可以達到很好的處理效果，但是容易引起二次污染。采用光催化技術處理廢水中的污染物是一種極具前景的廢水凈化技術，近年來已成為環境治理工作中的一個研究熱點。在廢水的深度處理與回用，去除難降解有機物、病原微生物，有害金屬離子等方面顯示出巨大的潛力。光催化劑是在光催化氧化過程中的關鍵因素，常用的有半導體氧化物、硫化物、碘化物等，其中二氧化鈦作為一種半導體氧化物光催化劑，具有化學穩定性好，光催化活性高，無害且價格便宜等優點而被廣泛應用。

關于二氧化鈦在凈水方面的應用還主要停留在實驗室階段，在實驗室過程中二氧化鈦主要是以納米粉的形式分散在水中，這種使用形式存在兩個缺點，一是：難于回收；二是：納米粉體易團聚，從而降低了催化活性。另外，由于二氧化鈦的能帶結構限制，需要在紫外光的照射下才能發揮光催化性能，而太陽光中紫外光僅占了2％～5％，為了利用太陽能，節約能源降低成本，也為了很好地在工業中應用此種技術來達到凈水的目的，必須解決上述催化劑固定化和利用紫外光進行激發催化的問題。塊狀大孔二氧化鈦即可以解決催化劑固定化問題，并且傳質不受限制。對比已有的資料：([1]REN-Jian(任劍)DU，Zhong-Jie(杜中杰)Zhang，Chen(張晨)LI，Hang-Quan(勵杭泉)Macroporous?Titania?Monolith?Prepared?viaSol-gel?Proce-ss?with?Polymer?Foam?as?the?Template[J].Chinese?Journal?of?Chemistry，2006，24(7)：955-960.)，采用有機泡沫為模板，sol-gel法浸漬制備大孔二氧化鈦材料，需要600℃煅燒12h。([2]朱新文，江東亮，有機泡沫浸漬工藝-一種經濟實用的多孔陶瓷制備工藝【J】.硅酸鹽通報，2000，3：45-51.)，指出利用二氧化鈦陶瓷粉配制漿料需要很高的固相含量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復相塊狀大孔二氧化鈦材料及其制備方法，可以很好的固定化二氧化鈦，以解決目前納米粉體難于從水中回收和易團聚的問題，同時具有可見光催化性能。

本發明的技術方案是：

一種復相塊狀大孔二氧化鈦材料，復相塊狀大孔二氧化鈦材料的大孔孔徑在200～300μm之間，孔隙率在80％～90％之間；在大孔的孔筋上具有介孔和微孔結構，介孔孔徑2～4nm，微孔孔徑1～2nm；復相塊狀大孔二氧化鈦材料的外層為一層氮摻雜銳鈦礦相二氧化鈦材料或者金屬離子修飾的氮摻雜銳鈦礦相二氧化鈦材料，外層厚度為0.010～0.03μm。

所述的氮摻雜二氧化鈦材料結構是指，N原子進入二氧化鈦的晶格中，形成N-Ti鍵，其中氮摻雜量占外層銳鈦礦相二氧化鈦的0.03～0.05at％。

所述的金屬離子修飾的氮摻雜二氧化鈦材料結構是指，外層中包括金屬離子相和氮摻雜的二氧化鈦相，金屬離子相占外層銳鈦礦相二氧化鈦的0.015～3at％，氮摻雜量占外層銳鈦礦相二氧化鈦的0.03～0.05at％。

所述的復相塊狀大孔二氧化鈦材料的制備方法，以有機泡沫為模板，浸漬含二氧化鈦的漿液，漿液粘附在有機泡沫上，通過煅燒去除有機泡沫，得到金紅石型塊狀大孔二氧化鈦材料。然后，利用sol-gel技術負載一層銳鈦礦相二氧化鈦。

所述的復相塊狀大孔二氧化鈦材料的制備方法，具體制備過程如下：

1.二氧化鈦的漿液包括：二氧化鈦、添加劑和水，漿液中：二氧化鈦粉末和蒸餾水重量比為(1∶10)～(1∶20)，有機添加劑占0.5wt％～3wt％，無機添加劑占0.001wt％～0.01wt％。