[發明專利]一種空心半球二氧化鈦的制備方法

有效

• 申請號: 201610378913.6
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN106082317B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 王芬;茍紫娟;王磊;林瑩;王毅
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及納米光催化材料制備技術領域，特別涉及一種空心半球二氧化鈦的制備方法。

背景技術

1972年，Fujishima和Honda首次將TiO₂電極應用于分解水中。自此，TiO₂在光催化、太陽能轉換、氣體傳感器等方面的潛力，使其得到廣泛研究。TiO₂的光催化活性主要依賴于它的形態和宏觀結構。目前，研究人員以合成多種TiO₂納米結構，如納米棒、納米線、納米管以及空心球結構。其中，空心球結構由于其低密度、大表面積和良好的光催化性能，得到廣泛關注。合成TiO₂空心球最常用的方法是模板法，以有機顆粒為模板，在有機顆粒表面附著二氧化鈦，隨后通過煅燒或溶解的方式除去模板，得到TiO₂空心球。近幾年，研究者對TiO₂空心球的研究日益加深，不斷有新的合成方法出現。中國發明公告專利CN103816887A公開了一種釓離子摻雜的介孔空心納米二氧化鈦球，其獨特的結構提高了光子和空穴的利用率，具有優異的光催化性能，但是其采用的模板為二氧化硅，實際生產中很難完全除去，限制了其應用，此外，這一發明制備的是一種球形二氧化鈦，比表面積很難進一步提高。中國專利CN1442367A公開了生產金紅石型納米二氧化鈦的方法以及由此得到的納米二氧化鈦，具有較高的應用前景，對產物的粒徑等都有很好的控制，但其獲得的是金紅石型二氧化鈦，并不適合應用在光催化領域。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種空心半球二氧化鈦的制備方法，該方法以無皂乳液聚合法合成的納米聚苯乙烯球為模板，通過混合溶劑法在聚苯乙烯微球表面包覆二氧化鈦殼層，經過離心清洗、烘干后得到二氧化鈦包覆聚苯乙烯核殼微球，對其進行高溫煅燒使內部聚苯乙烯熔融分解，二氧化鈦殼層部分塌陷形成半球形構造，得到光催化性能優異的空心半球二氧化鈦，本發明制備的空心半球二氧化鈦純度高，反應條件溫和，操作簡單，重復性高且尺寸可控。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種空心半球二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：以苯乙烯為單體，甲基丙烯酸為共聚單體，在100mL水溶液中，依次加入5-9mL的苯乙烯，0.3-0.7mL的甲基丙烯酸，在水溶液中升溫至70-80℃，加入0.1g-0.2g的水溶性引發劑，反應6-9h，得到乳白色溶液，洗滌離心后，得到聚苯乙烯納米微球粉體；

步驟2：將0.2-0.5g聚苯乙烯納米微球粉體、0.2-0.5mL氨水加入100mL乙醇/乙腈的混合溶液中，乙醇/乙腈體積比為(1～9):1，攪拌5-15min，標記為反應液1；將0.5-1.5mL鈦酸丁酯加入20mL乙醇/乙腈的混合溶液，乙醇/乙腈體積比為(1～9):1，攪拌待其溶解后標記為反應液2；隨后將反應液2滴加至反應液1中，完成后攪拌反應5h，離心清洗烘干后得到二氧化鈦包覆聚苯乙烯核殼微球；

步驟3：將步驟2制備的二氧化鈦包覆聚苯乙烯核殼微球置于電爐在500℃下保溫3-6h，煅燒完成后得到空心半球二氧化鈦。

所述步驟1中水溶性引發劑包括過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈。

所述步驟2乙醇/乙腈的混合溶液中乙醇與乙腈的體積比為3:1，其制備方法為將乙腈溶液攪拌滴加至乙醇溶液中。

所述步驟2中反應液2滴加至反應液1的速度為30-40滴/min。

所述步驟3中電爐升溫至500℃時的升溫速率為2-4℃/min。

本發明空心半球二氧化鈦制備方法至少具有以下優點：

1.制備的空心半球二氧化鈦為純相銳鈦礦型，比表面積大，尺寸可控制在100-500nm，殼厚可以控制在6-19nm；

2.光催化性能突出，紫外光照射10min后，對的羅丹明B的降解率達到65-70％；30-40min之后，羅丹明B的降解率達到100％；

3.反應條件溫和，操作簡單，重復性高，尤其對設備要求低，適于大范圍生產。

附圖說明

圖1是由實施例1制備的空心半球二氧化鈦Raman圖譜。

圖2a是由實施例1制備的空心半球二氧化鈦掃描電鏡(SEM)照片。

圖2b是由實施例1制備的空心半球二氧化鈦透射電鏡(TEM)照片。

圖3a是由實施例1制備的空心半球二氧化鈦降解羅丹明B吸收光譜圖。

圖3b是不同樣品光催化性能比較圖。

具體實施方式

實施例一