[發明專利]一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法

有效

• 申請號: 201110279352.1
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102500353A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 郭貴寶;安勝利;介瑞華;魏洪培;趙永旺
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/10
• 代理公司: 包頭市專利事務所 15101
• 代理人: 莊英菊

技術領域

本發明涉及一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法，屬于納米材料制備技術領域。?

背景技術

光催化是一種新興的環境凈化技術。納米二氧化鈦光催化可以有效地氧化或還原吸附在其表面上的有害分子，殺滅細菌，抑制病毒，并能將有害有機物、細菌等轉化為水和二氧化碳等無害物質，且沒有任何二次污染。TiO₂的晶型、晶粒大小和粒徑、表面態等因素對其光催化性能有較大的影響。表面積大的納米粒子由于其表面效應和體積效應，決定了它具有好的催化活性和選擇性。納米TiO₂由于其量子尺寸效應使其導帶和價帶能級變成分立能級，能隙變寬，導帶電位變的更負，而價帶電位變的更正，TiO₂具有更強的氧化和還原能力；又因為納米粒子的粒徑小，光生載流子比粗顆粒更加容易從粒子內部遷移到表面，明顯減小了電子與空穴的復合幾率，也有利于提高光催化性能。制備比表面積大、粒徑小的TiO₂已成為光催化領域研究的焦點。?

最近文獻報道鐠摻雜的TiO₂具有大的表面積和小的粒徑，在光催化中表現出優越的光催化能力。但是目前鐠摻雜TiO₂的制備主要是通過Pr和Ti的前驅體共水解來實現。如：沉淀法，微乳液法等，由于二氧化鈦超細顆粒具有大的表面活性，在干燥、熱處理階段均容易產生團聚、燒結，從而使合成的納米粒子的粒徑增大，而且這些方法存在試劑成本高、設備要求苛刻等缺點。?

發明內容

為解決納米級二氧化鈦的團聚和燒結問題，本發明提供阻止納米級二氧化鈦在制備過程中的團聚和燒結的一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法。?

技術解決方案：本發明包括如下制備方法：?

(1)將炭黑和蒸餾水按質量比為0.8～1.2∶4混合形成體系A，將無水乙醇和體系A中所含蒸餾水的體積比為0.9～1.2∶2的比例量取無水乙醇，加入到體系A中，攪拌1～2h，超聲波震蕩1～2h，得炭黑、乙醇、水混合體系B；?

(2)將鈦酸四異丙酯和混合體系B中所含炭黑按質量比為0.6～1.4∶1的比例量取鈦酸四異丙酯，再將所量取的鈦酸四異丙酯和異丙醇按體積比為0.8～1.2∶1的比例量取異丙醇，加入到鈦酸四異丙酯，混合攪拌10～20min，得鈦酸四異丙酯和異丙醇的混合溶液C；?

(3)配置濃度為0.01mol/L的硝酸鐠溶液，按鐠離子和混合溶液C中所加鈦離子摩爾比?為0.07％的百分含量量取濃度為0.01mol/L的硝酸鐠溶液，滴加到混合體系B，得鐠混合溶液D；?

(4)用醋酸調鐠混合溶液D的pH值為1～2，得溶液E，在冰水浴攪拌的條件下將溶液E滴加到混合溶液C中，滴加完畢后，撤下冰水浴，常溫攪拌5～8h，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，溫度：140℃～160℃，攪拌8～14h后冷卻至室溫，所得炭吸附沉淀物用去離子水洗滌后，溫度：80～100℃的條件下干燥3～5h，以10～20℃/min的升溫速度升溫至500～800℃焙燒2～4h，得高熱穩定性納米二氧化鈦。?

醋酸為冰醋酸。?

溶液E的pH值為2。?

本發明由于在蒸餾水和酒精溶液中加入適當的炭黑，作為強的吸附劑，滴加鈦酸四異丙酯和異丙醇的混合溶液，溶液中一旦形成納米顆粒，被炭黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥階段產生團聚。當溫度升高到400℃時，炭吸附的Ti(OH)₄形成炭吸附TiO₂納米粉末，此時炭黑未被氧化，防止了TiO₂納米粉末在焙燒階段的燒結。當溫度升高到600℃時，炭黑已被氧化，此時TiO₂納米粉末已被炭黑阻隔分散均勻，減少了在高溫條件下TiO₂納米粉末的燒結。因此TiO₂納米粉末實際上是沉淀和炭吸附耦合的“濕”過程與“干”過程相結合的產物。?

本發明效果：本發明在反應液中加入適當的碳黑，作為強的吸附劑，溶液中一旦形成納米顆粒，被碳黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥、焙燒階段的團聚，加入炭黑400℃焙燒1h，再升高溫度焙燒至炭黑完全氧化，提高了納米二氧化鈦由銳鈦礦型向金紅石相的轉變溫度，轉變溫度提高到900℃，從而提升了銳鈦礦型納米二氧化鈦的熱穩定性和結晶度，合成出具有較小粒徑和粒徑分布較集中的TiO₂納米粒子，具有較高的光催化活性。?

附圖說明