本发明属于光催化材料
技术领域：
，具体涉及一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法。
背景技术：
：作为半导体光催化剂之一的tio2光催化材料是目前研究最多的一种新型环境友好材料，光催化剂的性质是光催化氧化过程中的关键因素。tio2的晶型、晶粒大小和粒径、表面态等因素对其光催化性能都有较大影响。表面积大的纳米粒子由于其表面效应和体积效应，决定了它具有很好的催化活性和选择性。纳米tio2由于其量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变的更负，而价带电位变的更正，这意味着其具有更强的氧化和还原能力；又因为纳米粒子的粒径小，光生载流子比粗颗粒更加容易从粒子内部迁移到表面，明显减小了电子与空穴的复合几率，也有利于提高光催化性能。因此，制备比表面积大、粒径小的tio2已成为光催化领域研究的焦点。随着人们生活水平的提高，环境材料受到人们更多的关注，二氧化钛光催化剂具有氧化活性高、催化性能强、活性稳定、抗湿性好和杀菌能力强等优异性能，在废水降解、消除有害气体、杀菌和净化空气等方面得到了广泛的应用。然而现有的二氧化钛粉的制备方法，如传统的固相反应及烧结法和现代的化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学气相渗透法、溶胶—凝胶法等，这些方法存在工艺复杂、成本高的缺点，所得到的往往是混合晶型且粒度不均，因为金红石型二氧化钛和无定型二氧化钛的光催化降解活性很差。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法，制备的光催化材料具有稳定的光催化效果，同时也具有良好的结构稳固性，以及性能稳定性，且具有良好的耐电腐蚀性能。。为了解决上述技术问题，本发明提供一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法，其具体步骤如下：步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后密封反应2-5h，自然冷却；步骤2，将步骤1的反应液进行减压蒸馏反应，得到淡黄色溶胶液；步骤3，将溶胶液采用乙醇浸泡洗涤，然后水浴超声反应10-15min，自然冷却后减压蒸馏形成白色半凝胶；步骤4，将白色半凝胶加入正庚烷中搅拌均匀，然后加热回流反应2-5h，得到乳白色悬浊液；步骤5，将乳白色悬浊液过滤后，进行微电流电解处理与光照处理，即可得到锐钛型二氧化钛。步骤1中的无水乙醇加入量是钛酸正丁酯质量的10-15倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是钛酸正丁酯的4-8倍，所述搅拌速度为500-1500r/min，所述密封反应压力为1.3-3.5mpa；该步骤将钛酸正丁酯分散至无水乙醇中，能够形成钛酸正丁酯稀溶液，聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中溶解，能够形成稳定的微稠溶液，通过无水乙醇中的钛酸正丁酯与聚乙烯吡咯烷酮反应，在钛酸表面形成稳定的聚乙烯吡咯烷酮包覆结构。步骤2中的减压蒸馏的压力为大气压的15-35%，所述蒸馏温度为70-80℃；在减压蒸馏过程中，无水乙醇快速蒸发，同时钛酸正丁酯中带有的正丁酯也逐步蒸发，从而形成聚乙烯吡咯烷酮包裹二氧化钛的浓稠醇液。步骤3中的乙醇的质量是钛酸正丁酯的4-8倍，所述水浴超声温度为50-65℃，所述超声频率为10-15min，所述减压蒸馏的压力为大气压的50-70%，所述蒸馏温度为60-70℃；通过乙醇的溶解，并进行水浴超声，起到破坏聚乙烯吡咯烷酮与钛酸之间的包覆连接，该超声反应产生离合能，破坏价键结构，最后在旋转蒸发过程中进行二次聚乙烯吡咯烷酮包裹，包裹结构更为解释更为全面。步骤4中的正庚烷加入量是钛酸正丁酯3-5倍，所述密封回流反应温度为70-80℃，将正庚烷与乙醇溶解的同时，将聚乙烯吡咯烷酮溶解至乙醇中，在密封回流反应过程中，将正庚烷作用至钛酸表面，破坏包覆反应，同时将钛酸析出呈白色颗粒状，由于整体反应处于无水乙醇体系中，钛酸失水形成二氧化钛颗粒，并且在正庚烷作用下保持粒径，防止颗粒团聚。步骤5中的微电流电解反应采用稳流电解反应，电流为3-8a，所述电解质浓度为0.3-0.8mol/l，所述微电流电解反应时间3-6h；采用微电解的方式能够起到快速热燃烧效果，将二氧化钛表面的正庚烷以热扩散以及电解降解的方式去除，同时电解条件下形成锐钛型结构。步骤5中的光照处理采用紫外灯光照，所述紫外灯要求为365nm，所述光照处理时间为2-5h，所述光照温度不高于50℃；光照处理能够激活锐钛型二氧化钛的光催化性能。本发明通过采用聚乙烯吡咯烷酮与钛酸正丁酯进行密封反应与水浴超声反应得到白色半凝胶，并加入正庚烷进行加热回流反应得到乳白色悬浊液，最后将乳白色悬浊液过两次进行微电流与光照处理得到激发状态的锐钛型二氧化钛。该方法制备的二氧化钛粒径通过钛酸正丁酯与聚乙烯吡咯烷酮的比例得到控制，同时采用聚乙烯吡咯烷酮的包覆效果保障了二氧化钛的粒径；同时该方法制备的二氧化钛粒径分布均匀，光催化性能显著，且耐电化学腐蚀效果好。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明中制备的纳米二氧化钛是经过二氧化钛水解体系的聚乙烯吡咯烷酮包裹制备而来，具有良好并且一致的粒径，可以在实际生产中方便的使用。（2）本发明制备的光催化材料具有稳定的光催化效果，同时也具有良好的结构稳固性，以及性能稳定性，且具有良好的耐电腐蚀性能。（3）本发明制备的二氧化钛无气味，中性，稳定性好。本发明与现有技术比较具有工艺简单、成本低和产品纯度高的显著优点。附图说明图1是实施例1所制备的二氧化钛材料的扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步描述：实施例1一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法，其具体步骤如下：步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后密封反应2h，自然冷却；步骤2，将步骤1的反应液进行减压蒸馏反应，得到淡黄色溶胶液；步骤3，将溶胶液采用乙醇浸泡洗涤，然后水浴超声反应10min，自然冷却后减压蒸馏形成白色半凝胶；步骤4，将白色半凝胶加入正庚烷中搅拌均匀，然后加热回流反应2h，得到乳白色悬浊液；步骤5，将乳白色悬浊液过滤后，进行微电流电解处理与光照处理，即可得到锐钛型二氧化钛。步骤1中的无水乙醇加入量是钛酸正丁酯质量的10倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是钛酸正丁酯的4倍，所述搅拌速度为500r/min，所述密封反应压力为1.3mpa。步骤2中的减压蒸馏的压力为大气压的15%，所述蒸馏温度为70℃。步骤3中的乙醇的质量是钛酸正丁酯的4倍，所述水浴超声温度为50℃，所述超声频率为10min，所述减压蒸馏的压力为大气压的50%，所述蒸馏温度为60℃。步骤4中的正庚烷加入量是钛酸正丁酯3倍，所述密封回流反应温度为70℃。步骤5中的微电流电解反应采用稳流电解反应，电流为3a，所述电解质浓度为0.3mol/l，所述微电流电解反应时间3h。步骤5中的光照处理采用紫外灯光照，所述紫外灯要求为365nm，所述光照处理时间为2h，所述光照温度为50℃。所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好。其扫描电镜图如图1，粒径为300nm左右。实施例2一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法，其具体步骤如下：步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后密封反应5h，自然冷却；步骤2，将步骤1的反应液进行减压蒸馏反应，得到淡黄色溶胶液；步骤3，将溶胶液采用乙醇浸泡洗涤，然后水浴超声反应15min，自然冷却后减压蒸馏形成白色半凝胶；步骤4，将白色半凝胶加入正庚烷中搅拌均匀，然后加热回流反应5h，得到乳白色悬浊液；步骤5，将乳白色悬浊液过滤后，进行微电流电解处理与光照处理，即可得到锐钛型二氧化钛。步骤1中的无水乙醇加入量是钛酸正丁酯质量的15倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是钛酸正丁酯的8倍，所述搅拌速度为1500r/min，所述密封反应压力为3.5mpa。步骤2中的减压蒸馏的压力为大气压的35%，所述蒸馏温度为80℃。步骤3中的乙醇的质量是钛酸正丁酯的8倍，所述水浴超声温度为65℃，所述超声频率为15min，所述减压蒸馏的压力为大气压的70%，所述蒸馏温度为70℃。步骤4中的正庚烷加入量是钛酸正丁酯5倍，所述密封回流反应温度为80℃。步骤5中的微电流电解反应采用稳流电解反应，电流为8a，所述电解质浓度为0.8mol/l，所述微电流电解反应时间6h。步骤5中的光照处理采用紫外灯光照，所述紫外灯要求为365nm，所述光照处理时间为5h，所述光照温度为30℃。所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好，粒径为15nm左右。实施例3一种粒径可控的纳米二氧化钛制备方法，其具体步骤如下：步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后密封反应3h，自然冷却；步骤2，将步骤1的反应液进行减压蒸馏反应，得到淡黄色溶胶液；步骤3，将溶胶液采用乙醇浸泡洗涤，然后水浴超声反应13min，自然冷却后减压蒸馏形成白色半凝胶；步骤4，将白色半凝胶加入正庚烷中搅拌均匀，然后加热回流反应4h，得到乳白色悬浊液；步骤5，将乳白色悬浊液过滤后，进行微电流电解处理与光照处理，即可得到锐钛型二氧化钛。步骤1中的无水乙醇加入量是钛酸正丁酯质量的13倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是钛酸正丁酯的6倍，所述搅拌速度为1100r/min，所述密封反应压力为2.4mpa。步骤2中的减压蒸馏的压力为大气压的25%，所述蒸馏温度为75℃。步骤3中的乙醇的质量是钛酸正丁酯的6倍，所述水浴超声温度为55℃，所述超声频率为13min，所述减压蒸馏的压力为大气压的60%，所述蒸馏温度为65℃。步骤4中的正庚烷加入量是钛酸正丁酯4倍，所述密封回流反应温度为75℃。步骤5中的微电流电解反应采用稳流电解反应，电流为5a，所述电解质浓度为0.6mol/l，所述微电流电解反应时间5h。步骤5中的光照处理采用紫外灯光照，所述紫外灯要求为365nm，所述光照处理时间为3h，所述光照温度为40℃。所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好，粒径为200nm左右。实施例4以gb/t23762-2009（光催化材料水溶液体系净化测试方法）作为光催化材料的性能检测方法，以实施例1与对比例进行比对试验。对比例采用相同粒径的纯二氧化钛光催化剂。实施例与对比例处理亚甲基蓝废液的性能效果如下：实施例1对比例粒径300nm300nm质量10g10g光催化去除率90%67%光催化稳定性98%87%经对比例与实施例1比对，本发明制备的光催化材料具有良好的光催化稳定性均在98%以上，光催化去除率为90%以上，高于对比例中的75%光催化去除率和90%光催化稳定性。以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。当前第1页12