专利名称：声化学—微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法
技术领域：
本发明涉及钐掺杂二氧化钛粉体的制备方法,特别涉及一种声化学-微波水热二
步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法。
背景技术：
Ti02纳米材料具有自洁去污、易清洗、抗菌等功能，在保护公共环境，创造舒适清 洁无污染的生活空间方面具有广阔的应用前景，它的光催化特性及超亲水性被日本学者誉 为"光清洁革命"。但纳米Ti02只有在紫外光条件下才具有超亲水、杀菌、分解有机物的作 用，从而限制了它的使用范围，即在非紫外光条件下纳米Ti()2没有自清洁效果。为了改善 性能，许多人通过在Ti(^中掺杂其他金属离子的方式对纳米Ti(^的性能进行优化[CELIK E， YILDIZ A Y， AKAZEN N F， et al. Preparation and Characterization of Fe203-Ti02 ThinFilms on Glass Substrate for Photocatalytic Applications. MaterialsScience and Engineering B,2()06， 129 :193-199. ] 。 Sni3+掺杂可在钠米Ti()2晶格中引入缺陷位置或 改变结晶度，减少光生电子与空穴的复合,提高催化降解效率[于向阳，程继键，杨阳等.稀 土元素掺杂对Ti02光催化性能的影响[J].华东理工大学学报，2000，26(3) :287-289.]。
目前,制备稀土掺杂二氧化钛粉体的方法主要有固相烧结法、溶胶-凝胶法[赵 翠华，陈建华，王晓林，等.Al3+离子掺杂对负载Ti()2薄膜光催化活性的影响.环境科学与 技术,2005，2S(4) :30.]、化学共沉积法、胶束介质沉淀法、水热法、机械力化学合成法等等 [菅盘铭，夏亚穆，李德宏，等.掺杂Ti(^纳米粉的合成表征及催化性能研究[J].催化学报， 2001,22(2) :16H64.]。这些方法要么对设备要求高，比较昂贵；要么原料的利用率很小; 要么工艺复杂，制备周期长，可重复性差。为了制备出光催化性能优于二氧化钛的产品，必 须开发生产成本低、操作简单、产品性能好的新制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应温度低、生产效率高，能耗低，节约成本,并且操 作简单，重复性好,适合大规模生产的声化学_微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的 方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 1)首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记
为A,其中钛酸丁酯无水乙醇=i : 0.5-5的体积比； 2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水无 水乙醇=1 :卜6的透明溶液,再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分
比为0. 05% -3%,所得溶液记为B ; 3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸溶液B =
i : 5-io的溶液，所得溶液记为c; 4)将上述A与C溶液按体积比1 : 0. 2-5混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在40-80 °C，反应时间控制在 120min-200min，超声功率选定为100-500W,反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后 自然冷却到室温，所得溶液记为D ; 5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80 % ;然后密封水热反应釜，将 水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式或者单纯控制压力模式进行反 应，反应结束后自然冷却到室温；所述的单纯控制温度模式其水热温度控制在80-18(TC反应lOmin-60min ;
所述的单纯控制压力模式其水热压力控制在0. 5MPa-4. ()MPa反应lOrain-6()niin ;
6)打开水热反应釜，产物通过离心收集,然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙 醇各洗漆3次，在40-8(TC下千燥20h-28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。
本发明采用超声处理前驱体,微波水热二步合成法制备工艺,制备出光催化降解 能力显著高于Ti()2的钐掺杂二氧化钛粉体。此方法工艺设备简单，所制的粉体在可见光下 照射后，其催化有机物降解的能力明显高于二氧化钛粉体，此方法制得的钐掺杂二氧化钛 粉体大小均匀，尺寸在40-200nm范围内。通过控制钐掺杂量可以制备出光催化效果显著优 于二氧化钛的粉体，其催化甲基橙脱色率达到10% -85%。这种工艺制备钐掺杂二氧化钛 粉体反应周期短，重复性好。这种工艺制备简单，操作方便，原料易得,制备成本较低。
具体实施例方式
实施例1 :1)首先,将分析纯的钛酸丁酯(C16H3604Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断
搅拌所得混合溶液记为A,其中钛酸丁酯无水乙醇=i : (). 5的体积比；
2)其次,将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水无 水乙醇=1 : 1的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl3)溶解在此溶液中，使氯化钐的质 量百分比为0. 05%，所得溶液记为B ; 3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸溶液:B =
1 : 5的溶液，所得溶液记为C; 4)将上述A与C溶液按体积比1 : 0. 2混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清 洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在4(TC,反应时间控制在200min,超声功 率选定为l()()W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记 为D; 5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60% ;然后密封水热反应釜，将水热 反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式，水热温度控制在8(TC反应60min， 反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，产物通过离心收集,然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙
醇各洗漆3次，在4(TC下千燥28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。 实施例2 :1)首先,将分析纯的钛酸丁酯(C16H3604Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断
搅拌所得混合溶液记为A,其中钛酸丁酯无水乙醇=1 : 3的体积比； 2)其次,将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水无
水乙醇=1 : 4的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl3)溶解在此溶液中，使氯化钐的质
量百分比为1. 5%,所得溶液记为B ;
4
3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸溶液B = 1 : 8的溶液，所得溶液记为C; 4)将上述A与C溶液按体积比1 : 1混合均匀倒入锥形瓶，置于,OTDB型清洗 槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在8()°C,反应时间控制在120rain，超声功率 选定为500W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为 D ; 5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在70% ;然后密封水热反应釜，将 水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式，水热温度控制在180°C反应 10min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙
醇各洗涤3次，在6(TC下干燥24h,即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。 实施例3 :1)首先,将分析纯的钛酸丁酯(C16:H36()4Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断
搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯无水乙醇=i : 5的体积比； 2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水无 水乙醇=1 : 6的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl3)溶解在此溶液中，使氯化钐的质 量百分比为3%，所得溶液记为B ; 3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸溶液B =
i : io的溶液，所得溶液记为c; 4)将上述A与C溶液按体积比1 : 5混合均匀倒入锥形瓶，置于,OTDB型清洗 槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在6()°C,反应时间控制在160rain，超声功率 选定为300W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为 D ;5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在80% ;然后密封水热反应釜，将 水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制压力模式进行反应，其水热压力控制在 0. 5MPa反应50min ;反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙
醇各洗涤3次，在8(TC下干燥20h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。 实施例4 :1)首先,将分析纯的钛酸丁酯(C16:H36()4Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断
搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯无水乙醇=i : i的体积比； 2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水无 水乙醇=1 : 2的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl3)溶解在此溶液中，使氯化钐的质 量百分比为1%，所得溶液记为B ; 3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸溶液B =
1 : 6的溶液，所得溶液记为C; 4)将上述A与C溶液按体积比1 : 3混合均匀倒入锥形瓶，置于,OTDB型清洗 槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在5()°C,反应时间控制在140rain，超声功率 选定为備，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为 D ; 5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在70% ;然后密封水热反应釜，将
5水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制压力模式进行反应,其水热压力控制在 4. 0MPa反应20min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，产物通过离心收集,然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙 醇各洗涤3次，在5(rC下干燥26h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。
权利要求
声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法，其特征在于1)首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶0.5-5的体积比；2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶1-6的透明溶液，再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为0.05％-3％，所得溶液记为B；3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶5-10的溶液，所得溶液记为C；4)将上述A与C溶液按体积比1∶0.2-5混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在40-80℃，反应时间控制在120min-200min，超声功率选定为100-500W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式或者单纯控制压力模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；所述的单纯控制温度模式其水热温度控制在80-180℃反应10min-60min；所述的单纯控制压力模式其水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa反应10min-60min；6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在40-80℃下干燥20h-28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。
全文摘要
声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法，首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中得A，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中得B；向B溶液中加入分析纯的冰醋酸得C；将上述A与C溶液混合均匀置于超声波发生器超声反应结束后自然冷却到室温得D；将D倒入水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，产物通过离心收集，洗涤，干燥即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。本发明工艺设备简单，所制的粉体在可见光下照射后，其催化有机物降解的能力明显高于二氧化钛粉体。
文档编号C01G23/00GK101723447SQ20091021907
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者卢靖, 吴建鹏, 曹丽云, 李翠艳, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学