[發(fā)明專利]一種具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711096104.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107746074B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明春;楊浩;劉俊;相紅鈺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G23/08
• 分類號(hào): C01G23/08;C01G23/053;B01J20/06;B01J20/30;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料及其制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，材料晶粒尺寸為10～30nm，堆積構(gòu)成具有介孔的核殼結(jié)構(gòu)，包括外殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)；方法為：(1)將乙醇和水混合成乙醇水溶液；(2)加入硫酸鈦；(3)加入氯化銨粉末攪拌成無(wú)色透明的混合溶液；(4)放入反應(yīng)釜中，在150～220℃反應(yīng)1～10小時(shí)，自然冷卻，分離出固相作為前驅(qū)體；(5)前驅(qū)體經(jīng)洗滌并干燥后焙燒，制得具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料。本發(fā)明的產(chǎn)品具有比表面積大，吸附能力強(qiáng)，反應(yīng)物/產(chǎn)物擴(kuò)散輸運(yùn)容易進(jìn)行，良好的抗毒物性能和循環(huán)回收性等優(yōu)點(diǎn)；方法操作簡(jiǎn)單，避免了生產(chǎn)成本和環(huán)境成本提高的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬氧化物材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料及其制備方法。

背景技術(shù)

日益嚴(yán)重的水污染促進(jìn)了光催化降解材料的研究，納米晶TiO₂具有催化活性高，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耗低，無(wú)毒安全，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是一種理想的半導(dǎo)體光催化降解材料。目前阻礙其應(yīng)用推廣的主要問(wèn)題是對(duì)可見(jiàn)光的吸收效率不高，并且其催化穩(wěn)定性以及循環(huán)回收再生能力也需進(jìn)一步提升；TiO₂介孔材料孔隙率高，比表面積和活性大，可以吸附更多的有機(jī)污染物，并可利用孔道內(nèi)部晶粒間的多次反射作用增強(qiáng)其對(duì)太陽(yáng)光的吸收效率，從而有效提高光催化降解效率；而擁有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦介孔材料，具有獨(dú)特的半封閉式微反應(yīng)環(huán)境，在保持上述介孔材料高反應(yīng)活性的同時(shí)，還表現(xiàn)出卓越的光穩(wěn)定性和催化穩(wěn)定性，易于循環(huán)回收再生操作。

目前關(guān)于核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦材料制備的常用方法為模板法，分為軟模板和硬模板兩類。軟模板通常是利用表面活性劑形成膠束或囊泡等，焙燒后得到中空或核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，影響參數(shù)眾多，不利于產(chǎn)業(yè)化；硬模板法則多以有機(jī)聚合物微球、二氧化硅微球、碳球等為載體，將納米二氧化鈦以殼層的方式均勻分布在載體表面，所負(fù)載二氧化鈦殼層結(jié)合強(qiáng)度不足，負(fù)載量不高。也有報(bào)道以鈦醇鹽為鈦源采用水熱法制備核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦材料，但鈦醇鹽不穩(wěn)定易水解，反應(yīng)速度難以控制；中國(guó)專利CN201010201801.6公開(kāi)了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米材料的制備方法，該方法以三價(jià)鈦鹽和葡萄糖為初始原料，通過(guò)溶劑熱和煅燒制得了具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米材料。該方法需綜合考慮前驅(qū)體中殘余碳的去除程度以及核殼結(jié)構(gòu)被燒結(jié)所破壞的總體程度，增加了煅燒環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本和結(jié)構(gòu)重復(fù)性的控制難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料及其制備方法，采用硫酸鈦和氯化銨為主要原料，通過(guò)低溫反應(yīng)獲得前驅(qū)體再焙燒的方法，制得的核殼型介孔結(jié)構(gòu)能顯著增加材料的催化活性和對(duì)有機(jī)污染物的吸附量，并具有良好的抗毒物性能和循環(huán)回收性。

本發(fā)明的具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料的晶粒尺寸為10～30nm，晶粒堆積構(gòu)成具有10～20nm介孔的核殼結(jié)構(gòu)，包括外殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)；外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部有空腔，外殼結(jié)構(gòu)的平均外徑尺寸為1～4μm，外殼結(jié)構(gòu)的厚度為50～100nm；外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部還具有內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核結(jié)構(gòu)的平均外徑尺寸為0.5～2μm。

上述的具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料的比表面積為102～125m²/g。

上述的具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料的晶型為銳鈦礦納米晶。

本發(fā)明的具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦介孔材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

(1)將乙醇和水按照體積比1:(1～5)的比例相混合，得到乙醇水溶液；

(2)將硫酸鈦加入乙醇水溶液中，攪拌均勻，形成硫酸鈦乙醇水溶液；其中硫酸鈦與乙醇的摩爾比是1:(50～100)；

(3)將氯化銨粉末加入硫酸鈦乙醇水溶液中，攪拌均勻制成無(wú)色透明的混合溶液；其中硫酸鈦與氯化銨的摩爾比是1:(1～3)；