[發(fā)明專利]具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO2綠色制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510610728.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN105110368B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胥煥巖;尹君垚;亓淑艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/06
• 分類號(hào): B01J21/06;C01G23/053;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所23118
• 代理人: 陳曉光

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO₂綠色制備方法。屬于環(huán)境凈化材料與光催化劑開發(fā)制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染與資源短缺既是我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先考慮的重大課題，也是21世紀(jì)人類社會(huì)所面臨的重大挑戰(zhàn)。光催化技術(shù)具有光分解水制氫和光降解有機(jī)污染物兩大功能，在能源利用、污染治理等領(lǐng)域倍受關(guān)注。在光催化環(huán)境凈化材料中，TiO₂具有光催化活性高、無毒性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是降解有機(jī)污染物的環(huán)境友好型材料。然而，根據(jù)TiO₂半導(dǎo)體能帶理論，TiO₂作為光催化材料最大的不足之處是光響應(yīng)范圍窄，TiO₂屬寬帶隙半導(dǎo)體（銳鈦礦型，E_g=3.2eV；金紅石型，E_g=3.0eV），其光催化特性只限于紫外光區(qū)域，而紫外光只占太陽光的3~5%左右，對(duì)太陽光的利用率較低。因而，如何更好地設(shè)計(jì)和調(diào)控光催化材料并提高光催化反應(yīng)效率，以達(dá)到有效利用太陽能的目的是光催化材料研究中激烈競爭的焦點(diǎn)。

₂主要的晶體結(jié)構(gòu)有金紅石相、銳鈦礦相和板鈦礦相，其中銳鈦礦相TiO₂在光催化反應(yīng)過程中具有更高的活性而被廣泛研究。目前，擴(kuò)展銳鈦礦相TiO₂光催化響應(yīng)光譜范圍的手段主要包括體相摻雜和表面敏化。體相摻雜主要有過渡金屬離子摻雜、貴金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜等，表面敏化主要有貴金屬離子表面敏化和有機(jī)染料敏化。這兩種途徑雖然可以提高銳鈦礦相TiO₂的光響應(yīng)范圍，但是體相或表面修飾離子與染料在液相中易于溶出，產(chǎn)出二次污染的同時(shí)，大大降低了TiO₂光催化劑的重復(fù)利用率，限制了其在工程技術(shù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。此外，對(duì)銳鈦礦相TiO₂賦予一定的形態(tài)或形貌也可擴(kuò)展它的光響應(yīng)范圍，比如TiO₂納米陣列、空心棒、空心薄膜等，但這些光催化劑的制備條件非常苛刻，工藝復(fù)雜，成本較高。近年來，基于第一性原理的銳鈦礦相TiO₂不同晶面表面自由能的計(jì)算研究為開發(fā)可見光響應(yīng)的銳鈦礦TiO₂提供了理論指導(dǎo)，制備暴露特定高活性晶面的銳鈦礦相TiO₂成為研究熱點(diǎn)。但是，到目前為止，絕大多數(shù)的暴露高反應(yīng)活性晶面的銳鈦礦相TiO₂的制備過程中，均需要使用含氟化合物作為表面封蓋劑，而含氟的化合物一般都具有很強(qiáng)的毒性或腐蝕性。因此，采用其他更加綠色環(huán)保無毒的制備方法，同時(shí)又能低成本地制備出具有高催化反應(yīng)活性的銳鈦礦相TiO₂，是光催化技術(shù)領(lǐng)域目前面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO₂綠色制備方法。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO₂綠色制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）量取20~50mL的溶劑a、穩(wěn)定劑和鈦酸四丁酯，混合，攪拌均勻后得到混合液A；

（2）量取5~20mL的溶劑b和蒸餾水，混合均勻后得到混合液B；

（3）磁力攪拌下，將混合液B緩慢滴加到混合液A中，完畢后充分?jǐn)嚢瑁賹a(chǎn)物置于反應(yīng)釜內(nèi)；

（4）密封反應(yīng)釜，置于烘箱中，加熱至130~180℃保溫3~5小時(shí)，在自生壓力下晶化，然后自然冷卻至室溫，得到白色懸濁液；

（5）將白色懸濁液用無水乙醇與蒸餾水反復(fù)洗滌、離心分離至濾液呈中性，所得產(chǎn)物烘干后，即得到純銳鈦礦相TiO₂多晶納米粉體。

所述的具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO₂綠色制備方法，所述的步驟（1）所用溶劑a為異丙醇，異丙醇與鈦酸四丁酯體積比為2:1~10:1，所述的穩(wěn)定劑為冰醋酸，冰醋酸與鈦酸四丁酯體積比為1:1~1:5。

所述的具有高自然光催化活性的純銳鈦礦相TiO₂綠色制備方法，所述的步驟（2）所用蒸餾水的量為鈦酸四丁酯完全水解所需的化學(xué)計(jì)量，所述的溶劑b為無水乙醇，無水乙醇與蒸餾水的體積比為5:1~20:1。