一种二氧化钛光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种二氧化钛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将P123模板剂溶于无水乙醇中；在搅拌中，加入酸及乙酰丙酮；将钛酸酯加入上述溶液中，并加入蒸馏水，在钛酸酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀；将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120～180℃下水热反应12～72小时；反应结束后将沉淀产物用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60～80℃下干燥6～24小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。该高效催化剂的制备方法简单，成本低廉，比表面积大，催化性能优异（紫外光下，20分钟即可把甲基橙降解完全），后处理方法简单，适合于大规模制备。
【专利说明】一种二氧化钛光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二氧化钛催化剂的制备方法，特别是涉及一种高催化活性的介孔二氧化钛的制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的飞速发展，人类对赖以生存的化石能源的过度使用导致了温室效应、大气污染、土壤污染、水污染等一系列严重的环境污染问题，从而极大的破坏了地球的生态环境。环境污染除了给生态系统造成直接的破坏和影响外，污染物的积累和迁移、转化还会引起各种衍生的环境效应，给生态系统和人类社会造成间接的更严重的危害。因此，解决环境问题从而实现人类的可持续发展成为二十一世纪极具挑战性的课题。光催化氧化法是近年来出现的高级水处理技术，在一定的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O等简单无机物，避免了二次污染，简单、高效，是一种应用性很强的高级氧化技术。半导体光催化剂TiO2由于无毒、价廉、稳定性高和优异的光电性能而引起了人们的广泛关注。但是，传统的TiO2光催化剂因光生电荷复合率高而限制了其大规模的环境应用。因此，如何进一步提高TiO2光催化剂的光催化效率成为函待解决的问题。
[0003]众所周知，TiO2是一种非常稳定的半导体材料，紫外光激发后能产生电子和空穴对，电子和空穴对的复合几率决定了对光的利用率。电子和空穴对的复合几率是由TiO2的粒子尺寸、相结构、结晶度、比表面积等特性决定的。通常，锐钛矿相TiO2具有最高的光催化活性。较小的粒子尺寸使得TiO2具有较高的比表面积，从而有利于提高表面反应和提供更多的活性中心。高的结晶度使得TiO2具有较少的表面缺陷，可以减少光生电子和空穴的复合中心，从而提高光催化活性。为了提高结晶度，通常需要进行高温焙烧，这样就造成比表面积的降低和晶粒聚集，从而导致了较低的光催化效率。值得注意的是，多孔材料因具有发达的孔道结构、高的孔隙率而非常有利于反应物和产物的扩散以及对光的吸收利用。因此，合成同时具有高结晶度和较大比表面积的锐钛矿相多孔纳米TiO2光催化剂有利于大大提高催化剂的光催化活性。然而，获得同时具备这些特性的TiO2光催化剂目前仍是一挑战性课题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有二氧化钛光催化剂比表面积小、光催化活性低、效率差、合成工艺复杂等技术问题，采用P123前段共聚物为模板剂制备具有高比表面积、高催化活性的二氧化钛催化剂。并且该方法工艺和流程简便，参数可调范围宽，成本低，性能稳定，可重复性强，具有潜在的工业应用前景。
[0005]本发明提供一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤:
(1)将P123模板剂溶于无水乙醇中；
(2)在搅拌中，加入酸及乙酰丙酮；
(3)将钛酸酯加入上述溶液中，并加入蒸馏水，在钛酸酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均勻；
(4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120?180°C下水热反应12?72小时；
(5)反应结束后将沉淀产物用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60?80°C下干燥6?24小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
[0006]步骤(I)中所述的P123模板剂与无水乙醇的比例为1:10?1:20。
[0007]步骤(2)中所述的酸可为浓盐酸、硝酸或醋酸，与无水乙醇的体积为1:5?1:10，与乙酰丙酮的体积比为1:1?1:3。
[0008]步骤(3)中所述的钛酸酯为钛酸四丁酯，或钛酸异丙酯。
[0009]步骤(3)中所述加入的钛酸酯与蒸馏水溶液的体积比为10:1?40:1。
[0010]步骤(5)中所述的干燥方法为常压干燥，或真空干燥。
[0011]本发明制备的二氧化钛纳米颗粒为锐钛矿晶型，具有较大的比表面积，且具有非常高的结晶度。本发明方法制备的二氧化钦光催化剂具有丰富的多孔结构，这有利于反应物和产物的扩散以及对光的吸收利用。由本发明方法制备的多孔纳米二氧化钦光催化剂具有很高的光催化活性，在紫外光照射下，可以有效地催化降解空气和水中的有机污染物。合成工艺简单、成本低、产量高、所需设备简易，易于实现工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图1是实例I所得到的锐钛矿晶型的多孔二氧化钛的XRD图谱。
[0013]附图2是实例2所得到的锐钛矿晶型的多孔二氧化钛的SEM图谱。
[0014]附图3是实例3所得到产物的制备的多孔二氧化钛的氮气吸附-脱附曲线。
[0015]附图4是不同反应温度所得到的产物的光催化效率曲线。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
[0017]实施例1:
(I)称取1.5g的P123模板剂溶于15 ml无水乙醇中。
[0018](2)在搅拌中，加入1.5ml盐酸及1.5ml乙酰丙酮。
[0019](3)将7ml的钛酸四丁酯加入上述溶液中，并加入0.2 ml蒸馏水，在钛酸四丁酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀。
[0020](4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120 °C下水热反应24小时。
[0021](5)反应结束后将沉淀产物分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60 °C下干燥12小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
[0022]将步骤(5)中所得产物分别用SEM、XRD、BET对其结构和晶型进行表征，图1、2、3为此反应条件所得的多孔TiO2纳米颗粒的形貌、晶形及比表面积。从图中可以看出，制备的产物粒径均匀，约为20nm，从X射线粉末衍射图谱可见所得产品的晶型是锐钛矿晶形，且XRD的衍射峰中没有其他杂质峰，表明所得产物的结晶度很好。产物的比表面积为95 m2/go这为网络结构TiO2的应用奠定了基础。
[0023]实施例2:
(I)称取1.5g的P123模板剂溶于15 ml无水乙醇中。
[0024](2)在搅拌中，加入1.5ml硝酸及1.5ml乙酰丙酮。
[0025](3)将71111的钛酸四丁酯加入上述溶液中，并加入0.5 ml蒸馏水，在钛酸四丁酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀。
[0026](4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在150 °C下水热反应24小时。
[0027](5)反应结束后将沉淀产物分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在80 °C下干燥12小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
[0028]实施例3:
(I)称取1.5g的P123模板剂溶于20ml无水乙醇中。
[0029](2)在搅拌中，加入2ml盐酸及2.5ml乙酰丙酮。
[0030](3)将71111的钛酸四丁酯加入上述溶液中，并加入0.5 ml蒸馏水，在钛酸四丁酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀。
[0031](4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在180 °C下水热反应24小时。
[0032](5)反应结束后将沉淀产物分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60 °C下干燥12小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
[0033]实施例4:
(I)称取1.5g的P123模板剂溶于25 ml无水乙醇中。
[0034](2)在搅拌中，加入1.5ml硝酸及2ml乙酰丙酮。
[0035](3)将71111的钛酸异丙酯加入上述溶液中，并加入0.2 ml蒸馏水，在钛酸异丙酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀。
[0036](4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120 °C下水热反应24小时。
[0037](5)反应结束后将沉淀产物分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60 °C下干燥12小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
[0038]实施例5:
(I)称取1.5g的P123模板剂溶于15 ml无水乙醇中。
[0039](2)在搅拌中，加入2ml盐酸及2.5ml乙酰丙酮。
[0040](3)将71111的钛酸异丙酯加入上述溶液中，并加入0.5 ml蒸馏水，在钛酸异丙酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均匀。
[0041](4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在150 °C下水热反应24小时。
[0042](5)反应结束后将沉淀产物分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60 °C下干燥12小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
【权利要求】
1.一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将P123模板剂溶于无水乙醇中； (2)在搅拌中，加入酸及乙酰丙酮； (3)将钛酸酯加入上述溶液中，并加入蒸馏水，在钛酸酯快速水解的同时剧烈搅拌使之混合均勻； (4)将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120?180°C下水热反应12?72小时； (5)反应结束后将沉淀产物用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60?80°C下干燥6?24小时，即得到具有高效催化活性的二氧化钛光催化剂。
2.根据权利要求1所述一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的P123模板剂与无水乙醇的比例为1:10?1:20。
3.根据权利要求1所述一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的酸可为浓盐酸、硝酸或醋酸，与无水乙醇的体积为1:5?1:10，与乙酰丙酮的体积比为1:1 ?1:3。
4.根据权利要求1所述一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的钛酸酯为钛酸四丁酯，或钛酸异丙酯。
5.根据权利要求1所述一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述加入的钛酸酯与蒸馏水溶液的体积比为10:1?40:1。
6.根据权利要求1所述一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的干燥方法为常压干燥，或真空干燥。
【文档编号】B01J21/06GK103769066SQ201210396730
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2012年10月18日
【发明者】林琳, 赵斌, 陈超, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司