[發明專利]一種制備介孔混相TiO2納米晶的方法

有效

• 申請號: 201710856643.X
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107585784B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 付偉偉;李國德;王俊偉;張雷;陳玉鳳;楊靜瑜;辛士剛;武士威
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;C02F1/30;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

本發明公開了一種制備介孔混相TiO₂納米晶的方法，屬于光催化劑材料制備領域，具體涉及一種低溫條件下制備具有可見光催化活性的介孔混相TiO₂納米晶的方法，該方法得到的二氧化鈦納米晶具有較大的比表面積、可見光催化效率較高等優點，可應用于光催化污水處理等領域。

技術領域

本發明屬于光催化劑材料制備領域，具體涉及一種低溫條件下制備具有可見光催化活性的介孔混相TiO₂納米晶的方法。

背景技術

隨著工業發展和人口的不斷增長，有機污染物所引起的環境問題已經成為影響社會發展和人類生活的全球性問題。因此，污水處理有機污染物已經引起了人們的廣泛關注。傳統的解決方法主要有物理吸附、微生物處理等，但這些方法存在著成本高、效率低、二次污染等缺點，對實際應用有很大的局限性。1976年，Carey等報道了在紫外光照射下，納米TiO₂光催化降解有機化合物多氯聯苯的水處理技術，開創了納米TiO₂光催化降解污水的先河。

二氧化鈦因其具有高效的光催化活性、較好的化學穩定性、安全無毒，易于生產，不產生二次污染等優點，被廣泛應用于水和空氣污染物的處理。二氧化鈦作為光催化劑，在紫外或者可見光下，可以將溶于水的有機污染物分解成二氧化碳、水和其它小分子；當二氧化鈦所吸收的光的能量≥3.2 eV時，價帶的電子會獲得光子的能量而躍遷至導帶形成帶負電荷的光生電子(eˉ)，而價帶上相應的生成帶正電荷的空穴(h+)，二氧化鈦表面的光生電子(eˉ)容易被水中溶解的氧等氧化性物質所捕獲，而空穴(h+)則可氧化二氧化鈦表面吸附的有機物或者先將TiO₂表面的OHˉ和H₂O分子氧化成·OH，·OH的氧化能力是水體系中最強的，可以將溶解在水中的大部分的有機污染物分解為CO₂，H₂O等無害物質。但目前，在TiO₂材料的研究中，還存在一些制約其現實應用的因素，如:(1)光生電子-空穴的復合率高，量子產率低；(2)TiO₂光吸收波段在紫外光范圍，無法有效利用可見光；(3)制備過程復雜等。

很多研究表明，采用有機染料光敏化、貴金屬沉積、摻雜、多種半導體復合等方法對二氧化鈦進行改性，可以提高光子的利用率以及降低光生電子-空穴的復合幾率,但是這些方法存在反應穩定性低及制備過程繁瑣等缺陷。而二氧化鈦基光催化劑中，銳鈦礦/金紅石混相二氧化鈦比單一晶型的銳鈦礦和金紅石具有更高的光催化活性，這是因為混晶結構中，不同晶型TiO₂顆粒具有不同的能帶位置，在光催化過程中，光生電子由銳鈦礦向金紅石轉移抑制了光生電子-空穴對的重合，從而使光生電子-空穴有效分離。另外，由于不同晶型的TiO₂在結構基元連接的過程中形成的缺陷增多，俘獲光生電子和空穴的陷阱增多，從而增大了光催化效率，而且混相TiO₂制備工藝相對簡單、成本低廉；在已知的混相二氧化鈦中，P25因為具有較強的光催化活性而應用于工業生產，但是由于它比表面積比較低，復雜的制備過程以及可見光下較低的催化活性限制了它的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，本發明提供了一種在低溫條件下制備具有可見光催化活性的介孔混相TiO₂納米晶的方法，該方法得到的二氧化鈦納米晶具有較大的比表面積，具體工藝步驟如下：

(1)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中配置成溶液，所述將鈦酸四丁酯與無水乙醇的體積比為1:1-1:5。

(2)將醋酸或醋酸和鹽酸的混合物溶于無水乙醇和水的混合液體中配置溶液；所述醋酸與無水乙醇、水的體積比為1:0:1-1:4:1，所述醋酸和鹽酸 (36-38％)的體積比為1:0-1:1。

(3)將步驟(2)所得溶液滴入步驟(1)所得的溶液中，空氣中室溫攪拌3-48小時，然后空氣中室溫靜置6-12小時進行陳化；