[發明專利]一種制備多孔球狀二氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201510067107.2
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104587995A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 龐廣生;劉旭;焦世惠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J20/06;B01J20/30;C01G23/053
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明提供一種制備多孔球狀二氧化鈦的方法，屬于無機材料制備工藝的技術領域。

背景技術

二氧化鈦由于其優異的物理化學性質，在催化、傳感、儲能和太陽能電池等方面均表現出了廣闊的應用前景(Journal?of?Materials?Chemistry,2012,22,1969-1976；Advanced?Materials,2008,20,195-199)。目前已知的二氧化鈦納米材料有多種形貌，其中多孔球狀的二氧化鈦納米材料由于其大的比表面積和孔容積而在環境和能源領域具有卓越的表現。現有技術制備球狀二氧化鈦多使用模板劑或結構導向劑，甚至需要高溫灼燒等步驟。夏幼南等人使用聚苯乙烯(PS)作為模板劑(Advanced?Materials,2000,12,206-209)，曾華淳等人使用二氧化硅作為模板劑(Chemistry?ofMaterials,2009,21,4811-4823)制備了二氧化鈦的球狀結構。Rachel?A.Caruso等人以異丙醇鈦作為前驅物、十六烷基胺作為結構導向劑制備了單分散的球狀二氧化鈦(Journal?of?the?American?Chemical?Society,2010,132,4438-4444)。另外，在中國專利CN103623800A和CN101665268A中涉及到了球狀二氧化鈦的制備，但是都需要將前驅物裝入高壓反應釜中，并在烘箱內完成反應。在中國專利CN101462768A、CN1749172A和CN1442368A中也涉及到了球狀二氧化鈦的制備，但是都需要在不同的溫度下進行高溫煅燒，最終得到目標產物。在中國專利CN103833074A中以鈦酸四丁酯和濃鹽酸作為反應物，在混合溶劑中回流條件下得到了粒徑小于5nm的銳鈦礦相二氧化鈦納米粒子。本發明以上述的二氧化鈦納米粒子為前驅物，不需要使用高壓反應釜或高溫煅燒，只需一步低溫加熱，最終制得多孔球狀二氧化鈦。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制備多孔球狀二氧化鈦的方法，使用高濃度的納米二氧化鈦水分散液，經過加熱最終制得多孔球狀二氧化鈦。該方法只需一步加熱，簡便易行，克服了現有技術需要添加模板劑或使用高壓反應釜等繁冗步驟，大大降低了生產成本，能夠在低溫下得到目標產物。

具體的技術方案如下：

一種制備多孔球狀二氧化鈦的方法，將銳鈦礦相二氧化鈦納米粒子分散于水中，得到濃度為1～30g/L的納米二氧化鈦水分散液；將納米二氧化鈦水分散液攪拌下升溫至75～100℃，攪拌下保溫1～20天；再自然冷卻至室溫，得到的產物經分離、干燥，制得多孔球狀二氧化鈦。

制備多孔球狀二氧化鈦優選的工藝條件為：所述的納米二氧化鈦水分散液的濃度為5～10g/L；所述的納米二氧化鈦水分散液的攪拌下升溫最好在80℃，保溫時間最好在1～5天，但不局限于該范圍，小于1天或大于5天也可得到多孔球狀二氧化鈦。

所述的納米二氧化鈦水分散液可以將現有技術的銳鈦礦相納米二氧化鈦分散于水中，制得濃度為1～30g/L的納米二氧化鈦水分散液。最好采用下述的制備方法制得納米二氧化鈦水分散液。

所述的納米二氧化鈦水分散液，按如下過程制備：以體積比為環己烷:乙醇＝1:0.5～5的混合溶劑作為反應溶劑，以體積比鈦酸四丁酯:濃鹽酸＝1:0.22～0.5為反應物，混合溶劑的用量按體積計為鈦酸四丁酯的3～10倍；在混合溶劑中加入鈦酸四丁酯攪拌均勻，再加入濃鹽酸；升溫達到沸騰后回流反應10～20小時；在室溫下冷卻得到單分散的納米二氧化鈦溶液，滴加乙醇至二氧化鈦納米粒子完全沉降，所得產物經乙醇洗滌、離心，直接分散于水中，得到銳鈦礦相納米二氧化鈦水分散液；其中按體積比鈦酸四丁酯:水＝1:3.3～100。

優選的水的用量按體積比為鈦酸四丁酯∶水＝1:10～20。

本發明方法制備的多孔球狀二氧化鈦，直徑分布在100～270nm之間，由小于5nm的二氧化鈦納米粒子組成。其比表面積可達到160m²/g以上，孔徑分布在2～3nm。

得到的產物經分離，干燥后，還可以進行燒結；所述的燒結，是在300～400℃下燒結1.5～3小時。一般燒結2小時為好。經燒結后多孔球狀二氧化鈦的孔徑還可進一步增加，催化活性也有所提高。

本發明方法制備的多孔球狀二氧化鈦能夠大大提高二氧化鈦的光催化活性，且其光催化活性高于目前市場上廣泛使用的德固賽P25型二氧化鈦，能夠有效地去除水環境中的有機污染。