[發明專利]二氧化鈦氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201310012851.3
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103086426A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 郭興忠;孫賽;李文彥;楊輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G23/08
• 分類號: C01G23/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于無機材料制備和溶膠-凝膠法技術領域，具體涉及一種以鈦酸丁酯為前驅體常壓干燥制備二氧化鈦氣凝膠的方法。

背景技術

TiO₂氣凝膠是由納米粒子或者高聚物分子相互聚結而構成的多孔三維網絡固體材料，其內部孔洞和基本組成顆粒的尺寸均處于納米量級，比表面積在50～1600m²/g，孔隙率高達80％~99.8％，且孔徑分布均勻，透光性能也較好。與TiO₂粉體和薄膜不同，TiO₂氣凝膠是透明或半透明狀固體，對光的通過率較高。紫外光幾乎可以完全穿透氣凝膠顆粒，激發氣凝膠表層及內部的TiO₂，釋放出空穴和電子。此外構成TiO₂氣凝膠的基本顆粒非常小，處在量子尺寸范圍，當紫外光照射激發時，其表面生成的空穴和電子不易復合，從而大大提高了光催化活性。并且它是具有高比表面積的介孔材料，污染物可在其內外表面同時進行吸附和降解，效率得到增強。

目前，關于制備二氧化鈦氣凝膠已有相關報道。但主要使用超臨界干燥方法，其條件苛刻、成本較高、工藝復雜、危險性較大。因此安全、簡便、廉價的常壓干燥方法的研究勢在必行。

在公開號為CN?101288835A、CN?102671586A等專利中，介紹了以四氯化鈦為鈦源和以工業水玻璃或硅酸為硅源，常壓干燥制備出TiO₂-SiO₂復合氣凝膠。但以TiO₂為主體，且添加表面活性劑進行表面改性的氣凝膠的制備研究卻未見報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種二氧化鈦氣凝膠的制備方法，采用該方法能制備出比表面積較大、密度較低、孔徑分布均勻的二氧化鈦氣凝膠。

為解決上述技術難題，本發明提供了一種二氧化鈦氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

1）、于室溫下，先將鈦酸丁酯溶于乙醇，然后加入表面活性劑磁力攪拌，得到混合液A；

2）、于室溫下，將螯合劑溶于乙醇和水的混合液中，均勻攪拌，得到混合液B；

3）、于室溫下，將混合液B加入混合液A中，之后再加入干燥控制化學添加劑，攪拌10~60?min后，靜置5~50?min，得到二氧化鈦凝膠；

所述鈦酸丁酯：表面活性劑：螯合劑：干燥控制化學添加劑的摩爾比=1：0.0005~0.006（較佳為0.003~0.005）：0.3~2.4：0.2~1.0；

4）、將步驟3）所得的二氧化鈦凝膠置于40~70℃的溫度陳化0.5~4d（天），然后用乙醇于55~65℃洗滌1~3次，每次8~16h；再用表面修飾劑溶液于55~65℃浸泡1~3次，每次22~26h；最后用低表面張力溶劑于55~65℃浸泡1~3次，每次22~26h；

5）、將步驟4）的所得物先于50~65℃干燥22~26h；再升溫至70~85℃，保溫3~6h；最后升溫至100~120℃，保溫3~6h；

6）、將步驟5）所得的干燥物于200~300℃熱處理3~5h，得到二氧化鈦氣凝膠。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的改進：表面活性劑為聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、三嵌段共聚物F127、三嵌段共聚物F108或三嵌段共聚物P123。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：螯合劑為醋酸、檸檬酸、丙烯酸、草酸、乙酰丙酮或乙二胺。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：干燥控制化學添加劑為甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或丙三醇。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：表面修飾劑溶液是體積濃度為5%~50%的正硅酸乙酯的乙醇溶液、體積濃度為5%~50%的三甲基氯硅烷的乙醇溶液、或體積濃度為5%~50%的甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：低表面張力溶劑為乙醇、正己烷、異丙醇或丙酮。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：步驟3），混合液B以滴加的方式加入混合液A中，混合液B的滴加速度為5~10ml/min。

作為本發明的二氧化鈦氣凝膠的制備方法的進一步改進：步驟1）用到的乙醇和步驟2）用到的乙醇之和與鈦酸丁酯的摩爾比為22~26:1（較佳為24:1）；

步驟2）用到的水與鈦酸丁酯的摩爾比為5~7:1（較佳為6:1）。