[發明專利]一種具高可見光催化性能的介孔中空球形TiO2的制備方法

無效

• 申請號: 201410610098.2
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104475070A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 劉守新;李偉;吳瓊;黃占華;譚佳;鄂雷
• 申請（專利權）人: 東北林業大學;劉守新
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/08;C01G23/053;C01G23/08
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所屬技術領域：

本發明涉及光催化材料制備領域，特別是涉及一種具高可見光催化性能的介孔中空球形TiO₂的制備方法。

背景技術：

近年來，利用半導體的金屬氧化物光催化氧化有機污染物已成為一種理想的環境治理技術，其中TiO₂因催化性能高，氧化能力強，耐腐蝕性好而受到極大的關注。但傳統的顆粒狀物質難以回收，孔結構不發達，附著點少，只能利用太陽光5％的紫外光，限制了其工業上的廣泛應用。

非金屬如N、C、S、N-F等摻雜對TiO₂可見光催化活性影響顯著。其中N摻雜被認為誘發其可見光催化活性最為有效。有報道指出：N(2p)軌道能和O(2p)軌道發生雜化使TiO₂禁帶寬度變窄，從而具備一定的可見光響應。也有研究表明，N的摻雜在O(2p)價帶上形成了局部中間帶隙N_2P能級，可見光能在該窄帶上激發電子使其具有可見光活性。

中空球形結構的內部可以被視為一個納米反應器，通過改變內部的微反應環境可以改善材料本身的光催化性能，同時具有中空結構的介孔TiO₂可以集中空球形宏觀形貌和微觀介孔結構的雙重優勢。目前模板法是制備中空結構的常用方法之一，具有產物尺寸可控、性能均一、重復率高、擴展性能優良等優點。

美國專利(EP1676636A3)介紹了一種光催化劑及光催化劑復合材料的制備方法。該催化劑為二氧化鈦與金屬化合物的顆粒狀混合物而不是傳統的金屬氧化物表面包覆一層二氧化鈦。根據摻雜金屬的不同，展現出不同的性質，部分金屬混合物有酸性中心，制備的催化劑比表面積達到55m²/g以上；有的金屬混合物有堿性中心，制備的產物有銳鈦礦相晶型結構，晶粒尺度為10nm以上，該法制備的催化劑在可見光照射下展現出較好的催化活性，但是由于金屬摻雜易團聚，分散不均勻，同時顆粒狀不易于回收。

美國專利(EP?0826633A1)介紹了一種二氧化鈦薄膜的制備方法。四氯化鈦滴加到75-100℃的熱水中水解后形成二氧化鈦水溶液分散溶膠，通過控制氯離子濃度控制溶膠的狀態。該法制備的溶膠中二氧化鈦的平均粒子大于等于0.5μm，比表面積大于等于20m²/g,將溶膠均勻涂覆在陶瓷制品上，制成薄膜。氯離子的存在提供了膜的亮度和粘度，然而產物主要以板鈦礦形式存在，對光催化作用有一定的抑制作用。

公開號為CN?102180515A的中國專利介紹了具有高可見光催化活性的納米二氧化鈦及其水分散液的制備方法。本法制備依次包括形成溶膠體系、無水溶劑低溫熱處理、干燥等步驟，產率高，在不添加任何有機表面活性劑的情況下，能容易得分散在水里。解決了現有納米二氧化鈦及其水分散液的制備方法存在的成本高、制備的納米二氧化鈦可見光催化活性不高等技術問題，但反應中涉及醇類等有機試劑，不利于環境友好發展。

公開號為CN?101152625A的中國專利介紹了一種非金屬N摻雜一堆納米結構TiO₂可見光催化劑及其制備方法。采用水熱法將納米TiO₂粉體、TiO₂膠體與堿溶液配制成混合懸浮液進行水熱反應，冷卻濾出沉淀物、清洗，得到白色氫鈦酸，摻雜氮源和水配制成混合懸浮液后攪拌超聲處理后，干燥，得到均勻混合物，高溫下煅燒得到非金屬N摻雜一堆納米結構TiO₂可見光催化劑，該法制備樣品活性點位豐富，能夠加快污染物向催化材料的傳質，提高光催化效率，但是粉末狀樣品仍然存在分散性差、難回收等問題。

公開號為CN?102389787A的中國專利介紹了一種用于處理水中有機污染物的光催化材料及其制備方法。該材料為碳改性氧化鈦中空球，具有分等級的孔結構，中空的大孔之間通過小孔互相連接，形成三維的中空網絡結構，為污染物的傳遞擴散提供了良好的通道，同時提高光能的利用率，但是碳摻雜引起的可見光催化效率有限，有進一步提升空間。

公開號為CN?103041866A的中國專利介紹了二氧化鈦-介孔聚合物納米多孔復合可見光催化材料的制備方法。以偶氮二異丁氰為引發劑，二乙烯基苯為交聯單體，4-乙烯基吡啶或1-乙烯基咪唑為功能單體，鈦酸正丁酯為鈦源，溶劑熱條件下，聚合反應12-24h，將得到的塊狀聚合物150-180℃水熱處理一段時間，即可得到二氧化鈦-介孔聚合物多級納米孔復合可見光催化材料。該法簡單易操作，易于回收，但是選擇性光催化較明顯，反應周期較長。