专利名称：碳包覆锐钛矿型二氧化钛纳米复合粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体的制备方法，属于碳/ ニ氧化钛复合材料的技术领域。
背景技术：
随着人们对环境中难降解污染物的关注，半导体光催化技术得到了广泛的研究。半导体光催化技术是利用紫外光照射半导体材料，在半导体中产生激子对(电子-空穴对)，同时半导体表面反应也会产生羟基自由基(*0H)、超氧负离子()等强氧化性物质，可以将有机污染物氧化，使之完全矿化。
ニ氧化钛TiO2作为ー种宽禁带半导体，其带隙为3. 2eV,由于其具有化学性质稳定、价格低廉、无毒等优点，是目前光催化领域普遍选用的一种半导体材料。另夕卜，富勒烯(Fullerenes)是ー类笼状碳原子簇的总称，包括C60/C70 (Buckminster fullerene)分子、碳纳米管(Carbon nanotubes)和洋葱状富勒烯(Onion-like fullerenes)。碳纳米洋葱由于其特殊的结构和独特的物理、化学性能,而在各领域都有广泛的应用前景。碳纳米洋葱由于其外层石墨层而具有良好的导电性、生物相容性和自润滑性。而碳包覆氧化钛纳米粉体中，由于表面的石墨层的存在，而促进了电子-空穴对的分离，从而能够增强材料的光催化性能。张江等(新型炭材料，2011，26⑴63-70)将TiO2粉末与聚こニ醇混合，随后在氮气气氛下热处理合成了炭包覆Ti02。Ming Li等(Applied SurfaceScience, 254 (2008) : 3762-3766)将0. 0586mol的钛酸四丙酯在磁力搅拌的条件下溶解于200mL甘油、こ醇的混合溶液中，然后在高压反应釜中，利用方舟外部的去离子水、こ醇混合溶液蒸发，在250°C下保温6h使钛酸四丙酯发生水解反应，降到室温后，用200mL丙酮和200mLこ醇分别洗涤数次，然后在50°C下真空干燥24h得到复合粉末。申请号为200710050748. 2的专利中，姚亚东等人利用无定形的水合ニ氧化钛为钛源，长链液态烷烃混合物(C11-C12)为碳源，首先将无水こ醇与水合ニ氧化钛的悬浮液在40-100°C下回流l-10h，再将液态烷烃混合物与上述粉末混合，并在100-250°C下回流12-72h。然后将得到的黒色前驱体粉末放入管式炉中，真空条件下，在600-1000で下保温l_4h再冷却到室温。该方法温度高，操作相对复杂，并且在600°C及以上，得到的氧化钛为金红石型结构，并且制备周期较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体的制备方法，该方法具有简单易行，能耗低，制备周期短，易于エ业化批量生产的优点，并且制得的碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体产量高，杂质少。本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体的制备方法，其特征在于包括以下过程将平均粒径为25nm的商品ニ氧化钛(P25)粉末置于石英管式炉中，在流量为50-300mL/min的氩气保护下，以4_20°C /min的速率升温至200_450°C后，再在50-200 mL/min的氢气或50-200 mL/min的氢气与50-300mL/min的！！气的混合气氛中保温20_60min,再以 4-20°C /min 的速率升温至 460_500°C，再按こ炔 2-50 mL/min、氩气 50_300mL/min的比例向管式炉中通入C2H2/Ar的混合气体反应15_60min,或按こ炔2_50 mL/min>気气50-300mL/min、氢气5_50 mL/min的比例向管式炉中通入C2H2/Ar/H2的混合气体反应15-60min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。本发明的优点在于，简单易行，能耗低，制备周期短，易于エ业化批量生产，并且制得的碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体产量高，杂质少。所制得的碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体在光催化降解有机物应用过程中，由于其包覆的石墨层促进了ニ氧化钛受紫外光激发后的电子-空穴对分离过程，进而提高了其光催化性能。
图I本发明实施例I制备的碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体的TCM照片。图2本发明实施例I制备的碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体的XRD图谱。
具体实施方式
实例I.
将Ig的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在100mL/min的！！气保护下，10°C /min的速率升温至450°C, lOOmL/min的氢气气氛中保温30min,再以10°C /min的速率升温至480°C,再通入10mL/min的C2H2和200mL/min的Ar的混合气体反应30min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。实例2.
将I. 5g的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在200mL/min的氩气保护下，8°C /min的速率升温至400°C，在100mL/min氢气气氛中保温30min，再以8°C /min的速率升温至500°C，再通入流量为20mL/min的C2H2和200mL/min的Ar的混合气体反应30min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。实例3.
将2g的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在50mL/min的氩气保护下，10°C /min的速率升温至450°C，在100mL/min氢气和IOOmL/min気气的混合气氛中保温30min,再以5°C /min的速率升温至490°C,再通入5mL/min的C2H2和100mL/min的Ar的混合气体反应20min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。实例4.
将2g的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在100mL/min的！！气保护下,5°C /min的速率升温至450°C,在50mL/min的氢气气氛中保温20min,再以5°C /min的速率升温至460°C,再通入10mL/min的C2H2和200mL/min的Ar的混合气体反应30min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。实例5.将2. 5g的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在100mL/min的！！气保护下，10°C /min的速率升温至400°C,在100mL/min的氢气和50mL/min的！！气的混合气氛中保温30min,再以10°C /min的速率升温至500°C,再通入lOmL/min的C2H2、10mL/min的H2和100mL/min的Ar的混合气体反应40min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。
实例6.
将2. 5g的商购P25纳米粉末(由大连七色光太阳能科技开发有限公司生产)至于管式炉中，在100mL/min的氩气保护下，10°C /min的速率升温至400°C，在100mL/min的氢气气氛中保温30min,再以5°C /min的速率升温至500°C,再通入20mL/min的C2H2、5mL/min的H2和50mL/min的Ar的混合气体反应60min,得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。
权利要求
1.一种碳包覆锐钛矿型ニ氧化钛纳米复合粉体的制备方法，其特征在于包括以下过程将平均粒径为25nm的商品ニ氧化钛粉末置于石英管式炉中，在流量为50_300mL/min的氩气保护下，以4-20°C /min的速率升温至200_450°C后，再在50-200 mL/min的氢气或50-200 mL/min的氢气与50_300mL/min的氩气的混合气氛中保温20_60min，再以4_20°C /min的速率升温至460-500°C，再按こ炔2_50 mL/min、氩气50_300mL/min的比例向管式炉中通入C2H2/Ar的混合气体反应15-60min，或按こ炔2_50 mL/min、氩气50_300mL/min、氢气5-50 mL/min的比例向管式炉中通入C2H2/Ar/H2的混合气体反应15_60min，得到碳包覆锐钛矿型纳米ニ氧化钛复合粉体。
全文摘要
本发明公开了一种碳包覆锐钛矿型二氧化钛纳米复合粉体的制备方法。该方法过程包括将商品二氧化钛粉末至于石英管式炉中，在氩气保护下，以一定的速率升温至200-450℃后，再在氢气或氢气与氩气的混合气氛中保温，再升温至460-500℃，再按一定的比例向管式炉中通入C2H2/Ar或C2H2/Ar/H2的混合气体进行反应，得到碳包覆锐钛矿型纳米二氧化钛复合粉体。本发明的优点在于，简单易行，能耗低，制备周期短，易于工业化批量生产，并且制得的碳包覆锐钛矿型二氧化钛纳米复合粉体产量高，杂质少。
文档编号B01J21/18GK102658107SQ20121010967
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者何春年, 刘恩佐, 师春生, 李家俊, 沙军威, 赵乃勤 申请人:天津大学