[發明專利]一種多孔金屬氧化物及其合成方法與應用

有效

• 申請號: 201310250033.7
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103316646A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 席廣成;胡超;閆妍;張軒;李俊芳;楊海峰;盧曉靜;白樺
• 申請（專利權）人: 中國檢驗檢疫科學研究院
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J23/30;B01J23/14;B01J23/75;B01J23/10;B01J23/755;B01J23/745;C01F17/00;C01G23/047;C01G49/06;C01G19/02;C01G41/02;C01G51/04
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 李奎書

技術領域

本發明涉及化工領域，尤其是涉及一種大體積多孔金屬氧化物、其合成方法與應用。

背景技術

光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎納米技術，最典型的天然光催化劑就是植物的光合作用。納米光催化技術是一種納米仿生技術，用于環境凈化，自清潔材料，新能源，癌癥醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。所謂光催化就是在水溶液中的加入一定量的半導體催化材料，并在一定波長的光照射下受激發形成電子-空穴對，空穴分解催化劑表面吸附的水產生氫氧自由基，電子使其周圍的氧還原成具有活性的離子氧，從而具備極強的氧化-還原作用。使水中有毒的污染物得以降解為無毒或毒性較小的物質。

光催化反應中所使用的半導體催化劑主要為TiO₂、WO₃、SnO₂、Co₃O₄、CeO₂、NiO、Fe₂O₃等幾種金屬氧化物。特別是TiO₂，由于其化學穩定性高、廉價、無毒、耐光腐蝕且具有較深的價帶能級，能使一些光化學反應在TiO₂表面得以實現，因此受到了更多的關注。

納米金屬氧化物在實際應用中不易回收和分離，增大反應體系的壓力降等問題，而大顆粒（毫米級）的多孔材料在應用中有其獨到的優點。公開號為CN?CN1884047A公開了一種一種制備球形多孔金屬氧化物的通用方法，采用離子交換樹脂作為模板，通過同金屬鹽作用形成絡合物或鰲合物后用堿沉淀，干燥，焙燒去除有機物模板和碳后可以合成包括氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦和氧化鈷在內的一系列具有多尺度孔結構的金屬氧化物球。所合成的多孔金屬氧化物球由其較高的比表面積、多尺度的孔徑、孔壁上納米級的活性組分以及大球的形貌等特點在催化、吸附和色譜等領域具有重要的用途。

發明內容

本發明的目的是提供一種光催化活性更好的毫米級多孔金屬氧化物，以及該多孔金屬氧化物的合成方法與應用。

本發明所提供的多孔金屬氧化物，是由直徑為3～4μm、長度為50～70μm的圓柱狀單元呈陣列排布、粘結而成的毫米級金屬氧化物顆粒，所述圓柱狀單元由尺寸為7～11nm的金屬氧化物納米顆粒聚集而成。

優選地，所述金屬氧化物為TiO₂、WO₃、SnO₂、Co₃O₄、CeO₂、NiO、Fe₂O₃中的一種。

本發明所述多孔金屬氧化物的合成方法，包括以下步驟：

（1）將金屬氧化物前軀體與糠醇混合，并攪拌均勻，充分溶解，形成混合溶液，所述金屬氧化物前軀體為經過煅燒后能夠轉化為金屬氧化物的物質；

（2）向混合溶液中緩慢加入少量水和無水乙醇，直到溶液凝固成凝膠狀固體；

（3）將所述凝膠狀固體在80～100°C條件下干燥9～12小時；

（4）將干燥后的固體在以1～3°C/min的升溫速率升至400～600°C條件下煅燒6～14小時，得到多孔金屬氧化物。

優選地，所述步驟（1）中所述的金屬氧化物前軀體為鈦酸正丁酯、SnCl₄、濃度為50g/L的WCl₆乙醇溶液、乙酸鈷、CeCl₃、乙酸鎳、FeCl₃中的一種。

優選地，所述步驟（1）中，所述金屬氧化物前軀體與糠醇的重量比為1:7～10之間。

優選地，所述步驟（1）中，所述金屬氧化物前軀體與糠醇混合后，在磁力攪拌器上攪拌30分鐘至混合均勻。

優選地，所述步驟（3）中，所述凝膠狀固體在90°C條件下干燥10小時。

本發明所述多孔金屬氧化物用作光催化劑。

本發明所述的多孔金屬氧化物合成方法，金屬氧化物前驅體與糠醇在攪拌過程中充分混合，加入水和乙醇形成凝膠狀固體，使得金屬氧化物前驅體分布均勻；經過干燥和煅燒以后，將凝膠狀固體中的有機物和水完全燒掉，得到的多孔金屬氧化物。通過本發明所述合成方法合成的多孔金屬氧化物為多孔材料，因此能夠大量吸附溶液中的染色劑，具有高效光催化活性，能夠大幅提高氧化物的催化性能，與現有的金屬氧化物光催化劑的光催化效率高。

附圖說明

圖1為實施例1合成的多孔TiO₂的XRD衍射圖譜。