[發明專利]一種二氧化鈦及其摻雜體的制備方法

在審

• 申請號: 201310748762.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104741137A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 雷鴿娟;陳奇利;楊凱迪;王筱;羅靜;王雪;劉旭;林非妮;趙君博;謝鋼
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;B01J21/06;A62D3/17;A62D101/26;A62D101/28
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 謝鋼

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈦及其摻雜體的制備方法。

背景技術

二氧化鈦作為n型半導體材料因其化學性質穩定，廉價易得，無毒且紫外光催化效率高等優點受到人們的廣泛關注，在光催化降解環境污染物方面具有很好的應用前景。然而，由于二氧化鈦帶隙較寬(E_g=3.2eV)，光生電子-空穴對容易復合和對可見光吸收能力差，使其光催化應用受到了很大限制。因此，對二氧化鈦進行可見光改性并提高量子產率成為目前研究的熱點。常用的二氧化鈦改性方法有機染料光敏化、金屬/非金屬元素摻雜、半導體復合和貴金屬沉積等。

鹵化銀作為一種重要的無機光敏材料，具有很好的可見光光催化活性，但由于其見光易分解，不能單獨作為光催化劑。因此，將其與半導體材料復合用于改性半導體催化劑的光催化活性成為光催化劑制備技術發展的方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原料廉價易得、制備方法簡單、綠色無毒且具有高效的光催化能力的二氧化鈦及其摻雜體光催化劑的制備方法。

本發明實現過程如下：

一種二氧化鈦的制備方法：在密閉容器中，將水溶性糖類化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性鈦鹽，在140～300℃反應后，經干燥、煅燒得到二氧化鈦。

上述反應優選的反應溫度為160～230℃；干燥過程采用烘干、冷凍干燥或二氧化碳超臨界干燥，優選為冷凍干燥或二氧化碳超臨界干燥；向反應體系中加入有機酸或堿后制備的碳氣凝膠彈性較好且緊致；上述煅燒溫度為300～1000℃，優選為400～800℃。

上述體系中還加入有摻雜量的可溶性銀鹽，如AgF、AgNO₃?、AgClO₄，通過煅燒處理可制備得到銀摻雜的二氧化鈦。

上述體系中還加入有在140～300℃能夠與銀離子反應生成鹵化銀的化合物，如可溶性鹵化物（氯化銨、氯化鈉、溴化鈉、碘化鈉、碘化銨等）、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨或鹵代烷等，其反應的摩爾比為1:1，通過煅燒處理可制備得到鹵化銀摻雜的二氧化鈦。

所述的糖類化合物選自單糖、二糖、低聚糖、多糖（包括改性淀粉），所述的糖類化合物選自葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖、水蘇糖、棉籽糖、異麥芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖、低聚異麥芽酮糖、低聚龍膽糖、大豆低聚糖、低聚殼聚糖、環糊精、淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、白糊精、黃色糊精、淡黃色糊精、乙酸化淀粉、辛基琥珀酸鈉鹽淀粉、羥丙基化淀粉醚、環氧乙烷交聯淀粉、淀粉膠、淀粉乙酸膠、羧基淀粉膠、耐水淀粉膠、纖維素、半纖維素、糖元、木糖、阿拉伯膠、粘多糖。

所述的水溶性高分子為聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚乳酸、聚馬來酸、聚天冬氨酸、聚環氧琥珀酸、甲殼質、聚乙烯醇。

上述可溶性鈦鹽選自硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦、三氯化鈦、鈦醇鹽，鈦醇鹽如鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯。

上述糖類化合物和水溶性高分子的質量比為1：6～1：0.005，優選為1：1～1：0.05；糖類化合物與水的質量比為1：60～1：0.5，優選為1：30～1：1；可溶性銀鹽與可溶性鈦鹽摩爾比為0.01：1～0.6：1，優選0.15：1～0.3：1。

上述反應體系中加入有機酸或堿，所述的有機酸或堿選自乙酸、甲酸、乙二酸、丙烯酸、苯甲酸、氨水、吡啶、三乙胺、三乙醇胺、單乙醇胺、四甲基氫氧化銨、二異丙基乙基氨、二乙烯三胺、奎寧。

本發明碳凝膠的形成機理如下：糖類化合物是含有多羥基醛、多羥基酮以及能水解而生成多羥基醛或多羥基酮的有機化合物，水溶性高分子含有豐富的羧基、羥基或氨基的高聚物，在酸或堿的催化下，經過高溫水熱反應可形成交聯的網狀結構，最終水熱炭化得到多孔的碳凝膠材料。

本發明的優點和積極效果：原料廉價易得，制備方法簡單，其以三維網狀碳氣凝膠為模板，采用一鍋法水熱合成二氧化鈦或鹵化銀摻雜二氧化鈦光催化劑，所得二氧化鈦光催化劑結晶度好、大小均一，光催化效率高。

附圖說明

圖1為實施例1、2、7、8、13、17、21、29制備的二氧化鈦光催化劑凝膠的圖片；

圖2為實施例1制備的二氧化鈦光催化劑的粉末衍射圖；

圖3為實施例4、17、18、29制備的二氧化鈦光催化劑的粉末衍射圖；

圖4為實施例1、17、18、29制備的二氧化鈦光催化劑在氙燈下對羅丹明B溶液的降解效果圖。

具體實施方式