[發明專利]一種TiO2納米管復合SiO2氣凝膠基光催化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510536298.2
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105056927B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 李紅偉;賀佩;逯攀巖;賈念念;王偉
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B01J21/08
• 分類號: B01J21/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術領域

本發明涉及光催化材料合成技術領域，具體涉及一種TiO₂納米管復合SiO₂氣凝膠基光催化材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步和人類社會的發展，人們的生活水平在不斷提高。但與此同時，能源危機和環境污染已成為全世界正待解決的兩大問題。近年來，人們一直在尋找治理環境污染的方法，至今已發現許多，如高溫焚燒法、物理吸附法、微生物處理法和化學氧化法等。雖然這些方法在一定程度上起到了治理污染的作用，但它們或多或少都存在一些固有的缺陷，不能從根本上去除污染物。1972年，日本的Fujishima和Honda首次利用TiO₂吸收太陽能發生光電催化反應將水分解為氧氣和氫氣，掀起了半導體光催化的研究熱潮。目前人們己成功制備了ZnO、TiO₂、SnO₂等納米結構的半導體光催化材料，并證實了其可用于光催化水分解、光催化降解有機物等領域。在眾多半導體光催化材料中，TiO₂半導體材料因具有無毒、價格低廉、化學性質穩定、氧化能力強以及催化活性高等特點，使其在解決環境污染和緩解能源危機方面具有很大的優勢，但同時其還存在一些不足，如光譜響應范圍窄，TiO₂禁帶寬度相對較寬，只能夠被紫外光的光子能量激發，而紫外光能量只占整個太陽能的3％～4％，對太陽光的利用率僅在1％左右；TiO₂量子效率低，電子-空穴對在TiO₂體內和表面復合率高，降低了TiO₂的光催化效率。

TiO₂納米管是TiO₂的一種結構形式，其孔道豐富，比表面積、吸附能力以及光催化活性都優于納米TiO₂粉體。但正是由于TiO₂納米管具有高的比表面積，兩維方向均為納米尺度，長徑比小，使得其易相互纏結吸附團聚成微米級團聚體，導致紫外光不能穿過，僅能在表面上產生催化效應。其次，由于在納米尺度下管體結構會互相搭接導通，電子躍遷產生的電位差會快速復合趨于平衡態，使其催化效率不顯著。此外，由于納米管材料細小，目前在應用研究時主要將TiO₂納米管直接置于污染物中，催化分解后該材料隨污染物直接排出，再生利用效率低。

發明內容

本發明的目的是針對TiO₂光催化現有技術中存在的不足，提供一種自動化程度高的TiO₂納米管復合SiO₂氣凝膠基光催化材料及其方法，該方法制得的TiO₂納米管復合SiO₂氣凝膠基光催化材料具有高的光催化活性和產率穩定性。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種TiO₂納米管復合SiO₂氣凝膠基光催化材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將鈦白粉與NaOH溶液混合后置于反應釜中，然后在120～160℃下保溫12～48h，然后自然冷卻至室溫，得到反應液；其中，鈦白粉與NaOH的質量比為1：(8～20)；

步驟二、將反應液離心分離，得白色沉淀物，攪拌下用酸對白色沉淀物進行酸處理至pH值為4～6，然后洗滌至中性時進行離心分離得到下層沉淀，干燥，得到固體；

步驟三、將步驟二中得到的固體于400～600℃下，鍛燒2～5h，然后研磨，得到TiO₂納米管粉體；

步驟四、將TiO₂納米管粉體與硅溶膠進行混合均勻后，在攪拌的條件下調節pH值為7～9，進行凝膠化處理，得到凝膠；其中，TiO₂納米管粉體與硅溶膠的比為1g：4～6mL；

步驟五、將凝膠經無水乙醇陳化，然后采用低溫超臨界CO₂干燥，得到TiO₂納米管復合SiO₂氣凝膠基光催化材料。

所述步驟一中鈦白粉為微米級或納米級；所述步驟一中NaOH溶液的濃度為7～15mol/L；步驟一中是以0.5～5℃/min的速率的升溫至120～160℃。

所述步驟二中酸為濃度0.2～2mol/L的鹽酸、硝酸或草酸。

所述步驟二中攪拌的轉速為400～800r/min，時間為2～3h；步驟二中干燥的溫度為60～80℃。

所述步驟三中煅燒是在空氣、氫氣、氦氣或者氬氣氛圍中進行的。