专利名称：纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及化工原料光催化剂的制备方法，特别是一种纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法。
背景技术：
光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。它利用半导体氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应，比较经济；光催化剂TiO2自身无毒、无害、无腐蚀性，可反复使用；可将有机污染物完全矿化成H2O和无机离子，无二次污染，所以有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的诱人魅力，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。
纳米二氧化钛是面向21世纪的新材料，由于它颗粒极细，比表面积大，因而具备一般二氧化钛产品无法比拟的新性能和新用途。用作纺织添加剂，能使织物具有屏蔽紫外线、吸收红外线、杀菌保健等许多奇异功能；用作化妆品添加剂，能阻断紫外线、抗菌保健、防止皮肤衰老，俗称“晒不黑”；用作橡胶添加剂，可使橡胶制品抗磨、耐撕裂。此外还可用于制造高级抗菌自洁性卫生陶瓷、地板砖、涂料、塑料、医用敷料及国防工业(隐性涂料、吸收雷达电磁波材料等)、电子工业等。
目前的制备方法中，溶胶-凝胶法较为简单，但多以有机钛为原料，价格昂贵。或者需先制成稀溶液，制备过程中前处理时间太长，需要过滤、洗涤等工艺过程，耗时耗能，极大地影响了光催化剂的推广应用。如中国专利CN1192992和CN1473791公开了一种均匀沉淀法制备纳米二氧化钛的方法，需要加入沉淀剂并严格控制酸度。中国专利CN1328962公开了一种制备纳米二氧化钛的方法，需通过洗涤过滤。CN1296917公开了一种复合单分散均匀纳米二氧化钛球形颗粒的制备方法，是以钛酸酯为原料。
近年来，研究发现适量掺杂可以引起TiO2吸收波长向可见光区移动。制备高活性TiO2光催化材料，扩展TiO2光谱响应范围，获得太阳光下光催化污水净化材料，提高光催化效率，也是近年来光催化研究的重点之一。离子掺杂修饰光催化剂TiO2包括过渡金属离子、稀土金属离子和无机官能团离子以及其他离子。
掺杂TiO2光催化剂的活性与其制备方法也有一定的关系。制备方法不同，催化剂的形状与尺寸、表面与结构也不尽相同，直接影响着掺杂TiO2的光催化活性。
发明内容本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题而提供一种生产成本低、生产工艺简单、可节能降耗、适合大规模工业化生产的纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，利用该方法制得的纳米掺杂二氧化钛，粒度分布均匀，比表面积大，催化活性高。
本发明的目的是通过以下方案来实现的本发明的制备方法，是以四氯化钛为原料，按重量比四氯化钛∶水＝1∶10～10∶1的比例将水加入四氯化钛中，按四氯化钛重量的0～5％加入掺杂物，掺杂物为非气化类物质，即可为盐类、碱类、含氧酸类中的任意一种。NH3·H2O中和至pH5～9，低速搅拌0～10h，然后在100～105℃下烘干，在150～1000℃下灼烧，即得纳米掺杂二氧化钛。
所得胶体溶液不经过滤处理，采用直接加热法，氯化铵溶液保留在氢氧化钛胶体中，随着温度升高，氯化铵分解，在二氧化钛颗粒内部及表面形成微孔，所得催化剂粒径小，比表面积大，催化活性高，方法简单，原料易得。这也是本方法的独特创新之一。
本发明的优点是1.本发明采用无机四氯化钛为原料，氨中和溶胶凝胶法，并回收氯化铵(工业化生产时，在烘干过程中可通过冷却凝结方式回收氯化铵)，原料易得，无污染。
2.本发明采用直接加热法，不需过滤洗涤，工艺简单，工序短，节能降耗，粒径小且分布均匀。
3.纳米掺杂二氧化钛改变了二氧化钛的吸收光谱，拓宽了其光谱利用范围。
4.适合于大规模工业化生产。
图1为几种灼烧温度下的X射线衍射图。
图2为实施例一、二、三的透射电镜图，其中A为200度(实施例一)，B为500度(实施例二)，C为700度(实施例三)。
具体实施方式
实施例一纳米二氧化钛制备方法之一取2ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水10ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在100℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉(也可在其它适于灼烧的器具)中200℃下灼烧。得到白色或淡黄色纳米二氧化钛粉末。
实施例二纳米二氧化钛制备方法之二取4ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水10ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中500℃下灼烧。得到白色或淡黄色纳米二氧化钛粉末。
实施例三纳米二氧化钛制备方法之三取500ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水500ml，氨水中和至pH6～7，搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中700℃下灼烧。得到白色或淡黄色纳米二氧化钛粉末。
实施例四纳米掺杂二氧化钛制备方法之一取2ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水10ml及0.03mol/L FeCl3溶液0.2ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中400℃下灼烧。得到淡黄色纳米掺铁二氧化钛粉末。
实施例五纳米掺杂二氧化钛制备方法之二取2ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水20ml及0.03mol/LCo(NO3)2溶液0.1ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中200℃下灼烧。得到淡黄色纳米掺钴二氧化钛粉末。
实施例六纳米掺杂二氧化钛制备方法之三取10ml四氯化钛于烧杯(或其它适于盛放的容器)中，搅拌下加水5ml及0.5mol/L Mg(OH)2乳液0.5ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中400℃下灼烧。得到白色或淡黄色纳米掺镁二氧化钛粉末。
实施例七纳米掺杂二氧化钛制备方法之四取10ml四氯化钛于烧杯中，搅拌下加水5ml及1.0mol/L H3PO4溶液0.1ml，氨水中和至pH6～7，低速搅拌1h，然后放入烘箱内在105℃下烘干至失水完全，再转移到坩埚内于马福炉中400℃下灼烧。得到白色或淡黄色纳米掺磷二氧化钛粉末。
经上述步骤制备的纳米(掺杂)二氧化钛，经透射电镜和X-射线衍射分析，200度粒径约4～7nm为板钛矿和少量锐钛矿的混合晶型。300到600度粒径约10～40nm为锐钛矿晶型，700度粒径约50～60nm为锐钛矿和少量金红石的混合晶型。
权利要求
1.一种纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于以四氯化钛为原料，按重量比四氯化钛∶水＝1∶10～10∶1的比例将水加入四氯化钛中，按四氯化钛重量的0～5％加入掺杂物，NH3·H2O中和至pH5～9，低速搅拌0～10h，然后在100～105℃下烘干，在150～1000℃下灼烧，即得纳米掺杂二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于掺杂物为非气化类物质。
3.根据权利要求1或2所述的纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于掺杂物为盐类、碱类或含氧酸类中的任意一种。
全文摘要
一种纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于以四氯化钛为原料，按重量比四氯化钛∶水＝1∶10～10∶1的比例将水加入四氯化钛中，按四氯化钛重量的0～5％加入掺杂物，NH
文档编号B01J21/06GK1621147SQ20041006056
公开日2005年6月1日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者李道荣, 胡长文 申请人:李道荣