[發明專利]一種由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球的制備方法

有效

• 申請號: 201410384487.8
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104150532A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 林凱峰;李曉微;姜艷秋;許憲祝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種中空二氧化鈦毫米球的制備方法。

背景技術

光催化技術是一種環境友好的綠色技術，在環境污染治理方面有巨大的應用潛力。二氧化鈦因其化學性質穩定、對生物無毒性及氧化能力強，成為最有前途的光催化材料。大量研究表明，二氧化鈦的晶型、粒徑、形貌和微觀結構會對其光催化性能產生顯著的影響。近些年，人們已經開發出了TiO₂納米顆粒、納米球、納米棒、納米薄膜、納米管和納米中空球等多種形貌和結構的TiO₂材料。雖然納米TiO₂在環境污染治理過程中表現出了很好的活性，但是隨著研究的深入，人們也發現，這些納米材料的顆粒尺寸過小，難以從反應混合物中分離，造成光催化劑的流失率較大，不能有效地從反應體系中回收和循環利用，無形中增加了處理成本。

發明內容

本發明是要解決現有TiO₂納米材料在光催化或環境污染治理體系中難分離、回收率低的技術問題，提供一種由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球的制備方法。

本發明由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球的制備方法，按以下步驟進行：

一、稱取鈦源、體積百分濃度為50％的四丙基氫氧化銨水溶液、去離子水和陰離子交換樹脂，其中鈦源與四丙基氫氧化銨水溶液的質量比1:1～5，鈦源與去離子水的質量比1:5～30，鈦源與陰離子交換樹脂質量比1:2～15；

二、將步驟一稱取的四丙基氫氧化銨水溶液和去離子水混合均勻后，得到混合溶液，然后再在室溫攪拌的條件下，將鈦源加入到混合溶液中，然后繼續攪拌1～6h，加入陰離子交換樹脂，攪拌6～24h，得到前驅體固液混合物；

三、將步驟二得到的前驅體固液混合物裝入帶有聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反應釜中，在60～160℃的條件下恒溫處理24～96h，得到固液混合物；

四、將步驟三得到的固液混合物的上層澄清液倒掉，得到固相小球，再將得到的固相小球用去離子水洗滌后，放在40～80℃的干燥箱中干燥；

五、將步驟四得到的干燥后的小球置于管式爐中，在氮氣氣氛下，以1.5℃/h～2℃/h的升溫速率升至900℃并保持4h，得到的黑色碳化小球；

六、將步驟五得到的黑色碳化小球置于馬弗爐中，以1℃/min～5℃/min的升溫速率升至500～750℃并保持4～8h，即得到由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球。

本發明的有益效果：

本發明以鈦酸四丁酯或者鈦酸四異丙酯為鈦源，以四丙基氫氧化銨水溶液為堿源，以陰離子交換樹脂為硬模板，經過水熱合成，得到由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球。在本發明中，陰離子交換樹脂中的大孔可以限制粒子的生長，從而有利于得到二氧化鈦的納米粒子；同時，由于這些大孔結構具有連通性，這些納米粒子可以在其連通的孔道內自組裝，經過高溫焙燒除去樹脂中的有機組分后，便得到了納米粒子組成的連續的二氧化鈦骨架。

本發明制備的中空二氧化鈦毫米球由平均粒徑在10～90nm范圍內的球形或橢球形納米顆粒自組裝而成，自組裝成的毫米球的尺寸范圍在0.1～1mm。制備的中空二氧化鈦毫米球在光催化或環境污染治理體系中容易分離，回收率可達到90％以上。X射線衍射分析表明毫米球中二氧化鈦納米粒子具有銳鈦礦或金紅石型的晶體結構。

附圖說明

圖1是試驗一制備的中空二氧化鈦毫米球光學照片；

圖2是試驗一制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖1；

圖3是試驗一制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖2；

圖4是試驗一制備的中空二氧化鈦毫米球X射線衍射光譜圖；

圖5是試驗二制備的中空二氧化鈦毫米球光學照片；

圖6是試驗二制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖1；

圖7是試驗二制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖2；

圖8是試驗二制備的中空二氧化鈦毫米球X射線衍射光譜圖；

圖9是試驗三制備的中空二氧化鈦毫米球光學照片；

圖10是試驗三制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖1；

圖11是試驗三制備的中空二氧化鈦毫米球掃描電鏡圖2；

圖12是試驗三制備的中空二氧化鈦毫米球X射線衍射光譜圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式由納米粒子組成的中空二氧化鈦毫米球的制備方法，按以下步驟進行：