[發明專利]一種單分散介孔空心納米球狀二氧化鈦及其制備方法

有效

• 申請號: 201410072201.2
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103803643A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 鄭玉嬰;尚鵬博
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B01J13/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于聚合微球制備領域，具體涉及一種單分散介孔空心納米球狀二氧化鈦的制備方法。

背景技術

??最近幾年，隨著礦產資源的日益短缺和環境問題的突出，如何利用新能源、減少環境污染是各個國家亟需解決的問題。自從1972年日本東京大學的兩位學者橋本和仁(Hashimoto)和藤島昭(Fujishima)在Nature發表了TiO₂電極在可見光下能夠電解水以后，二氧化鈦光催化機理的探究和應用成為研究者們的熱門課題。經過幾十年的研究，二氧化鈦被認為是最有應用價值的半導體氧化物，它的應用涉及到傳感器、光子晶體、能量儲存器和光催化劑等。

在光照條件下，二氧化鈦能產生具有氧化還原能力的電子和空穴，電子和空穴轉移到催化劑的表面，電子和空穴能把吸附在二氧化鈦表面的有機物分解為水和二氧化碳，同其它催化劑相比，二氧化鈦光催化活性高，化學穩定性好，低毒。基于這些特點，二氧化鈦成為光催化降解水中污染物的理想催化劑。

雖然二氧化鈦的催化活性高，但二氧化鈦只能利用太陽光中的紫外光，并且二氧化鈦產生的電子和空穴復合速度快，因此為了提高二氧化鈦空穴和電子的利用率，很多科研工作者用二氧化硅或者PS小球為模板，在小球的外側包覆二氧化鈦，然后煅燒，使由無定型二氧化鈦轉變成銳鈦礦的空心二氧化鈦，提高了反應的比表面積。在高溫煅燒過程中，雖然二氧化鈦轉變成銳鈦礦的二氧化鈦，但由于高溫煅燒，造成了二氧化鈦小球之間的粘結，不能產生單分散的二氧化鈦小球，降低了催化的面積，因此本發明提供了一種單分散介孔空心納米二氧化鈦球的制備方法，制備出了單分散的空心納米二氧化鈦球。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中二氧化鈦小球易粘結，提供一種單分散介孔空心納米球狀二氧化鈦及其制備方法。本發明在二氧化鈦的外側包覆一層二氧化硅后，然后再在馬弗爐中煅燒，不僅使無定型的二氧化鈦轉變成銳鈦礦的二氧化鈦，同時使內核聚苯乙烯小球分解得到空心球，之后再通過氫氧化鈉把外層的二氧化硅層腐蝕去掉，得到單分散性好的空心納米球狀二氧化鈦。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種單分散介孔空心納米球狀二氧化鈦的制備方法，以苯乙烯單體為原料，以過硫酸鉀為引發劑，制得表面帶負電荷的聚苯乙烯納米小球；然后滴加鈦酸四丁酯和乙醇的混合溶液，得到聚苯乙烯-TiO₂復合小球；加正硅酸四乙酯在復合小球表面包覆二氧化硅；最后在馬弗爐中高溫煅燒去除聚苯乙烯，離心洗滌去除二氧化硅制得單分散介孔空心納米二氧化鈦球。

具體包括以下步驟：

（1）聚苯乙烯納米小球的制備：

室溫下，在250mL的三口瓶中加入去離子水、苯乙烯單體，通氮氣排除瓶中的空氣，磁力攪拌20～40min，將溫度逐漸升高至50～90℃；將引發劑過硫酸鉀溶解于去離子水中，加熱至50～90℃，將該溶液一次性加入三口瓶中；繼續反應22～26h，離心干燥得到聚苯乙烯小球；

（2）聚苯乙烯-TiO₂復合小球的制備：

將聚苯乙烯小球和無水乙醇加入到250mL的三口瓶中攪拌20～40min，加入氨水和羥丙基纖維素后，攪拌20～40min；然后緩慢滴加鈦酸四丁酯和乙醇的混合溶液，反應0.5～1.5h，得到聚苯乙烯-TiO₂復合小球；

（3）復合小球表面包覆二氧化硅

將（2）所得復合小球分散于聚乙烯基吡咯烷酮水溶液中，靜置過夜、離心；將離心所得固體分散于按比例配好的乙醇和水混合溶液中，加入氨水和正硅酸四乙酯，反應2～6h，離心得到表面包覆有二氧化硅的復合小球；

（4）去除聚苯乙烯

??將所得包覆有二氧化硅的復合小球于馬弗爐中高溫煅燒，去除聚苯乙烯；??（5）去除二氧化硅外殼

將煅燒得到的空心球加入氫氧化鈉溶液中反應，離心洗滌，除去外殼，得到空心的單分散的介孔二氧化鈦小球。

所述步驟（1）中去離子水與苯乙烯單體的體積比為10:?0.5～1.5，引發劑的質量為苯乙烯單體質量的0.2～0.4%。

所述步驟（2）中聚苯乙烯小球用量為無水乙醇質量的0.01～0.03%，氨水用量為無水乙醇質量的0.2～0.4%，鈦酸四丁酯用量為無水乙醇質量的0.3～0.7%，羥丙基纖維素用量為為無水乙醇質量的0.01～0.03%。