[發明專利]一種高光催化活性花狀多孔二氧化鈦納米材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410211716.6
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN104001489A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 賈曉華;董建鵬;吳風雨
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C01G23/053;C02F1/32;C02F103/30
• 代理公司: 江蘇縱聯律師事務所 32253
• 代理人: 徐明

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，具體涉及一種二氧化鈦光催化材料的制備方法。

背景技術

隨著全球環境污染的日益嚴重，環境凈化越來越引起國內外的廣泛關注。尤其是大氣污染和水污染，極大的威脅著人類的生命健康。有機污染物是主要污染源，因此如何有效消除有機污染物成為亟待解決的問題。而光催化是一種深度高級氧化技術，它能夠無選擇性的將有機污染物礦化，因此是一種非常有前景的方法。納米TiO₂以其價廉、無毒、高的穩定性等優點，已作為最有開發前途的綠色環保型催化劑而成為研究的熱點。但是，目前人們得到的納米二氧化鈦光催化材料的效率還不是很高。因此如何進一步地提高二氧化鈦的光催化活性成為研究的重點。二氧化鈦的光催化活性主要是由他的晶型、結晶度、形貌結構等因素決定。眾所周知，銳鈦礦相二氧化鈦的光催化活性遠高于金紅石相。雖然通過提高煅燒溫度可以減少表面缺陷，提高結晶度從而增強光催化活性，但是高溫往往會使其從銳鈦礦轉變成金紅石，反而降低了它的光催化活性。文獻1“R.?Rossmanith，?et?al.?Porous?Anatase?Nanoparticles?with?High?Specific?Surface?Area?Prepared?by?Miniemulsion?Technique?Chem?Mater，?20?(2008)?5768–5780”公開使用一種免模板法制備了銳鈦礦相大表面介孔二氧化鈦的方法，然而當后處理溫度達到500?℃時，銳鈦礦轉變成了金紅石，這大大降低了光催化活性。文獻2?“D.M.?Antonelli，?J.Y.?Ying，?Synthesis?of?Hexagonally?Packed?Mesoporous?TiO₂?by?a?Modified?Sol–Gel?Method，?Angew?Chem，?Int?Ed，?34?(1995)?2014–2017.”?公開了使用溶膠-凝膠法制備介孔二氧化鈦的方法，但是不僅產品的結晶度低而且模板無法去除。

????現有的的納米二氧化鈦一般為粒子或球形，而多孔納米二氧化鈦結構特別是多孔花狀二氧化鈦具有豐富的孔道結構，這將增大光催化劑的比表面積，提供更多的活性位吸附更多的有機污染物。同時，孔道也使得光線在其內部進行多重漫反射，從而提高了光的利用效率。?????現有的多孔二氧化鈦一般采用模板法來制備，工藝復雜，且成本高，無法實現工業化。公開號為CN?101032684A的中國專利申請公開了一種采用無模版技術制備大孔/介孔二氧化欽催化劑的方法，但所得材料的比表面積低、孔容小，對光催化活性的提高有限。二氧化鈦的制備通常以鈦醇鹽和四氯化鈦作為鈦前驅體，這有兩個不利因素:一是這兩種鈦前驅體對水分極其敏感，這是因為它們的水解速率太快以至于粒子的成核階段和長大階段不能分開，導致產物的尺寸和形貌不易控制；二是反應產物通常為無定形二氧化鈦。而六氟鈦酸銨是一種溫和的鈦源，通過尿素均勻沉淀法可以得到形貌和晶相均可控的花狀銳鈦礦二氧化鈦，再經過煅燒可獲得多孔結構并進一步地提高結晶度。

現有技術中，二氧化鈦光催化劑存在比表面積小、結晶度低、光催化活性低，且反應所需設備復雜、成本高等問題。探索多孔結構、形貌尺寸可控并且合成方法簡單的高活性二氧化鈦光催化劑，從而拓展二氧化鈦在日常生活中應用，是本發明所要解決的主要問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高光催化活性花狀多孔二氧化鈦納米材料及其制備方法，以簡化制備過程、減少環境污染小、降低成本，且提高二氧化鈦納米結構的比表面積、催化活性并且降低禁帶寬度。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下：

一種高光催化活性花狀多孔二氧化鈦納米材料，其特征在于：納米粒子直徑為150~300?nm，花瓣長度平均60?nm，孔徑范圍為10~13nm；與煅燒前相比，禁帶寬度3.0?eV，且能達到在紫外光條件下40分鐘對染料的降解率達到91.4%的光催化活性。

上述的一種高光催化活性花狀多孔二氧化鈦納米材料的制備方法，包括反應體系的配制，液相合成處理，產物的分離、洗滌和干燥以及熱處理過程，其特征在于還包括：

步驟一，以去離子水作為溶劑，以尿素作為沉淀劑，以含鈦前驅體作為鈦源，室溫下形成均一懸浮液；所述尿素、鈦源、去離子水的質量比為1﹕0.07~0.33﹕6.67~33.3；

步驟二，將所述懸浮液進行油浴加熱處理，反應溫度為85~150?℃，反應時間為0.5~8小時，再自然冷卻至室溫，得產物一；