一种水相合成介孔二氧化钛材料的方法与流程

文档序号:25543011发布日期:2021-06-18 20:39阅读:390来源:国知局
一种水相合成介孔二氧化钛材料的方法与流程

本发明涉及多孔纳米材料合成领域,具体涉及一种水相合成介孔二氧化钛材料的方法。



背景技术:

自1972年二氧化钛(tio2)电极首次被发现在光电催化水分解反应中具有活性后,tio2材料引起了人们极大的关注。目前,由于具有丰度高、价格低和生物相容性好的优点tio2不仅在传统领域中(如涂料、化妆品等)发挥了作用,在新兴的领域中,如催化、能源存储与转化、生物医药和环境修复等,也展现了巨大的潜力。目前,各种微纳结构和组成不同的tio2基纳米材料已经被广泛应用。其中,介孔tio2材料由于其高的比表面积,大的孔体积,可调的孔径及形貌和纳米尺度效应引起了科研工作者的极大的研究热情。高的比表面积可以为表界面相关的过程,如吸附、催化等,提供更多的活性位点,大的孔体积可以保证功能性客体分子的搭载,多孔结构可以促进反应物和产物的扩散。

目前介孔tio2材料的合成技术主要基于硬模板法和软模板法。硬模板法整体繁琐耗时,不利于规模化生产。相比而言,软模板法更加简便灵活,更有有可能实现工业化生产。在软模板法的合成过程中,钛前驱体水解交联,形成寡聚体,然后寡聚体与表面活性剂协同组装,形成介观结构,进一步焙烧除去表面活性剂后得到介孔tio2。钛前驱体的水解交联速度是非常关键的一环。一般来讲,钛前驱体的水解交联速度很快,且无机钛源的速度要明显快于有机钛源。但无论是有机钛源还是无机钛源,在水中都会快速的水解交联,形成沉淀析出。所以目前所有的介孔tio2的合成技术均在有机相(乙醇、四氢呋喃等)中进行。发展介孔tio2的水相合成技术可以显著的降低其制造成本,对介孔tio2的规模化生产至关重要。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的上述不足,本发明提供了一种水相合成技术介孔二氧化钛材料的方法。

本发明是通过下述技术方案实现的:

一种水相合成介孔二氧化钛材料的方法,包括如下步骤:

步骤1,利用钛源以及柠檬酸盐制备柠檬酸钛;

步骤2,将所述柠檬酸钛以及表面活性剂分散在水中,水热处理,得中间体;

步骤3,将所述中间体洗涤,干燥,除去表面活性剂,即得介孔二氧化硅材料。

优选地,所述钛源为有机钛。

更优选地,所述钛源为异丙醇钛和/或正丁醇钛。

优选地,所述表面活性剂为普朗尼克f127、p65、p85、p123、f108、f68、f98、f88、f87或peo-b-ps中的任意一种或多种。

优选地,柠檬酸盐为柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。

优选地,在步骤1中,所述钛源与所述柠檬酸盐的摩尔比为1:(0.5-3)。

优选地,在步骤2中,所述柠檬酸钛与所述表面活性剂的摩尔比为(0.01-0.1):1。

优选地,在步骤2中,水热处理的温度为100℃-160℃,水热处理的时间为12h-72h。

优选地,在步骤3中,除去表面活性剂的方法为高温焙烧,焙烧温度为350℃-500℃,焙烧时间为2h-6h。

优选地,在步骤1中,利用钛源以及柠檬酸盐制备柠檬酸钛的方法包括如下步骤:

将所述钛源以及所述柠檬酸盐溶解在醇类溶剂中,在30℃-50℃下反应1h-3h,即得。

本发明的有益之处在于:通过选择合适的有机钛作为原料,实现了介孔二氧化钛材料的水相合成,不仅降低了成本,有利于放大生产,还减少了有机溶剂的排放,从而使整个过程更加绿色。

附图说明

图1为本发明实施例的制备二氧化钛材料的原理图;

图2为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的扫描电镜图(a-b)以及透射电镜图(c-d);

图3为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的氮气脱附等温线;

图4为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的孔径分布曲线图;

图5为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的x射线衍射图;

图6为对照例1制备的二氧化钛材料的扫描电镜图;

图7为对照例2制备的二氧化钛材料的扫描电镜图;以及

图8为对照例3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,对本发明作进一步的详细说明,以下实施例仅仅是用来解释本发明,并不用于限定本发明。

下述实施例以及对比例中使用的各化学原料均为市售原料。

实施例1

图1为本发明实施例的制备二氧化钛材料的原理图。

如图1所示,本实施例提供的水相合成介孔二氧化钛的方法包括如下步骤:

步骤1,将2.84g异丙醇钛、2.58g柠檬酸钠溶解在150ml乙醇中,在40℃下搅拌2h得到澄清透明的溶液,然后减压蒸馏除去溶剂,得到柠檬酸钛白色固体;

步骤2,取1g步骤1中制得的柠檬酸钛和0.5gf127(分子量12600)溶解在30ml水中,室温下搅拌1h,然后转移到水热釜中,在120℃水热24h,离心分离,取固体,得中间体;

步骤3,将中间体用水洗涤后放在60℃的烘箱里干燥,400℃下煅烧3h除去表面活性剂,得到介孔tio2。

图2为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的扫描电镜图(a-b)以及透射电镜图(c-d)。

如图2所示,本实施例制得的介孔二氧化钛材料内部有高度有序的介孔孔道。

图3为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的氮气脱附等温线。

如图3所示,吸附曲线是iv曲线,典型的介孔材料吸附等温线。在相对压力0.6-0.8处明显的吸附对应介孔。材料的比表面积为136m2/g。

图4为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的孔径分布曲线图。

如图4所示,本实施例制得的介孔二氧化钛材料具有均一孔径,尺寸约9.8nm。

图5为本发明实施例1制备的介孔二氧化钛材料的x射线衍射图。

如图5所示,本实施例制得的介孔二氧化钛材料的衍射峰对应锐钛矿,对应晶体库编号为21-1272。

实施例2

本实施例提供的水相合成介孔二氧化钛的方法包括如下步骤:

步骤1,将3.40g异丙醇钛、3.06g柠檬酸钾溶解在150ml乙醇中,在40℃下搅拌2h得到澄清透明的溶液,然后减压蒸馏除去溶剂,得到柠檬酸钛白色固体;

步骤2,取1g步骤1中制得的柠檬酸钛和0.1gpeo-b-ps(分子量42000)溶解在30ml水中,室温下搅拌1h,然后转移到水热釜中,在120℃水热24h,离心分离,取固体,得中间体;

步骤3,将中间体用水洗涤后放在60℃的烘箱里干燥,400℃下煅烧3h除去表面活性剂,得到介孔tio2。

实施例3

本实施例提供的水相合成介孔二氧化钛的方法包括如下步骤:

步骤1,将2.84g异丙醇钛、2.58g柠檬酸钠溶解在150ml乙醇中,在40℃下搅拌2h得到澄清透明的溶液,然后减压蒸馏除去溶剂,得到柠檬酸钛白色固体;

步骤2,取1g步骤1中制得的柠檬酸钛和0.8gp123(分子量8600)溶解在30ml水中,室温下搅拌1h,然后转移到水热釜中,在120℃水热24h,离心分离,取固体,得中间体;

步骤3,将中间体用水洗涤后放在60℃的烘箱里干燥,400℃下煅烧3h除去表面活性剂,得到介孔tio2。

对照例1

与实施例1基本相同,其区别仅在于使用四氯化钛(1.90g)代替异丙醇钛(2.84g)。

图6为对照例1制备的二氧化钛材料的扫描电镜图。

如图6所示,本对照例制得的材料由纳米颗粒组成,看不到任何的孔道结构。表明前驱体与表面活性剂没有发生组装,前驱体水解形成纳米颗粒。

对照例2

与实施例1基本相同,其区别仅在于异丙醇钛(0.284g)与柠檬酸钠(2.58g)的摩尔比1:10。

图7为对照例2制备的二氧化钛材料的扫描电镜图。

如图7所示,本对照例制得的材料孔道为指纹状,无有序结构。

对照例3

与实施例1基本相同,其区别仅在于在步骤2中没有添加任何表面活性剂。

图8为对照例3制备的二氧化钛材料的扫描电镜图。

如图8所示,本对照例制得的材料没有孔道结构,表明表面活性剂的作用为造孔。

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