[0099]本发明制得的光催化材料由S1^凝胶和均匀分布于其网络结构中的T1 2纳米管形成，比表面积为500?900 m2 /g，孔隙率>90%，其中T12纳米管的平均粒径为15?25nm，长度为 500nm ?2 μ m。
[0100]本发明以水热法合成的1102纳米管为离散相材料，水玻璃经阳离子交换得到的硅溶胶为连续相基体，通过在水环境下共混、陈化以及超临界干燥的方法合成了 T12纳米管复合S12气凝胶基光催化材料。实验过程中，采用低温超临界CO2干燥T12纳米管复合S12气凝胶基材料，使T12纳米管均匀的分布于S12气凝胶的网络结构中，解决了 S12气凝胶干燥时容易出现缩裂的现象。此外，采用超临界干燥技术，具有制样量大、溶剂回收率高、产品纯度高、热稳定性好、失重小和粒度均匀等特性。在一定程度上，T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的光催化效率和吸附性能得到了改善，具有实验操作简单、成本低廉、使用方便、容易回收、不易损失的特点。
[0101]本发明涉及结合超临界干燥方法的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，该复合光催化材料由S12气凝胶和均匀分布其介孔网络结构中的T12纳米管构成。其制备过程如下:1)通过水热-煅烧制备一定长径比的T12纳米管；2)将T12纳米管在溶液中强力分散到预制的硅溶胶中，调节PH值使体系快速凝胶化；3)凝胶陈化后，采用超临界干燥直接制备得到亲水性的T12纳米管复合S1 2气凝胶基体的光催化材料。本制备方法工序简单，干燥工艺自动化程度高，效率高，操作安全方便，易于实现批量生产，采用溶胶-凝胶法较好地保留了 T12纳米管的形貌，通过超临界干燥避免了常规干燥过程中液体的表面张力使凝胶介孔收缩坍塌导致纳米介孔结构缩裂，比表面积急剧下降和孔隙大量减少的问题。所制备的光催化材料兼具打02纳米管和S12气凝胶两者的性质，具有较强的吸附性，且打02纳米管高度分散，避免了催化过程中空穴电子复合降低催化效率的问题，稳定性优于纯T12纳米管，在光解制氢、污染治理、表面防污自清洁等领域有着广阔的应用前景。
[0102]本发明具体有如下优点:
[0103]1.采用水解法及溶胶-凝胶法使T12纳米管的结构在制备过程中未受到大的破坏，较好地保持了其形貌，有利于所制备的复合材料具有纯打02纳米管及S12气凝胶的特性。
[0104]2.材料复合过程中，在快速搅拌的条件下加入氨水调节pH，能够使分散的1102纳米管迅速固定于凝胶结构中，保证了复合材料的均一性。
[0105]3.采用低温超临界CO2干燥技术，避免了常规干燥过程中液体的表面张力使凝胶收缩导致介孔塌陷乃至出现缩裂，比表面积急剧下降和孔隙大量减少的问题，保证了干燥过程T12纳米管仍均匀分布于S1 2气凝胶的网络结构中。此外，超临界干燥技术具有干燥效率高，自动化程度高，产率大、溶剂回收率高、产品纯度和稳定性好、产品尺度均匀等优点。
[0106]4.本发明制备的T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料具有纳米多孔结构，孔隙率高，比表面积大，吸附性能优异。其光催化效率得到明显的改善，光催化活性约为纯1102纳米管的I?5倍。
[0107]5.本发明以S12气凝胶为载体，解决了 T12纳米管的负载问题，易回收，可循环使用。制备过程所采用的设备简单，操作安全方便，可以大量生产，易于实现工业化。
[0108]本发明解决了纳米T12的负载问题、1102纳米管与S12气凝胶的复合问题以及非超临界干燥过程中出现的缩裂等现象。采用超临界干燥技术，干燥效率及自动化程度高，具有制样批量大、中间溶剂回收率高、污染小，产品纯度和稳定性好、尺度均匀等特性。
【主权项】
1.一种T1 2纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、将钛白粉与NaOH溶液混合后置于反应釜中，然后在120?160°C下保温12?48h，然后自然冷却至室温，得到反应液；其中，钛白粉与NaOH的质量比为1: (8?20); 步骤二、将反应液离心分离，得白色沉淀物，搅拌下用酸对白色沉淀物进行酸处理至PH值为4?6，然后洗涤至中性时进行离心分离得到下层沉淀，干燥，得到固体； 步骤三、将步骤二中得到的固体于400?600°C下，锻烧2?5h，然后研磨，得到1102纳米管粉体； 步骤四、将1102纳米管粉体与硅溶胶进行混合均匀后，在搅拌的条件下调节pH值为7?9，进行凝胶化处理，得到凝胶；其中，T12纳米管粉体与硅溶胶的比为Ig:4?6mL ; 步骤五、将凝胶经无水乙醇陈化，然后采用低温超临界CO2干燥，得到T12纳米管复合S12气凝胶基光催化材料。2.根据权利要求1所述的T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中钛白粉为微米级或纳米级；所述步骤一中NaOH溶液的浓度为7?15mol/L ;步骤一中是以0.5?5°C /min的速率的升温至120?160°C。3.根据权利要求1所述的T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中酸为浓度0.2?2mol/L的盐酸、硝酸或草酸。4.根据权利要求1所述的T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中搅拌的转速为400?800r/min，时间为2?3h ;步骤二中干燥的温度为60?80°C。5.根据权利要求1所述的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，其特征在于，所述步骤三中煅烧是在空气、氢气、氦气或者氩气氛围中进行的。6.根据权利要求1所述的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，其特征在于，所述步骤四中硅溶胶通过以下方法制得:将工业水玻璃与强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂进行交换，水解22?26h，制得pH值为2?3的硅溶胶。7.根据权利要求1所述的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，其特征在于，所述步骤四中pH值是采用0.5?2mol/L的氨水溶液进行调节的。8.根据权利要求1所述的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，其特征在于，所述步骤五中凝胶经无水乙醇陈化具体为:将凝胶浸泡在无水乙醇中，陈化时间为12?48ho9.根据权利要求1所述的制备T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法，其特征在于，所述步骤五中超临界下干燥具体为:将陈化后的凝胶装入高压反应釜，将温度为279?304K、压力为4MPa?7.2MPa的高压液态COf流体通入陈化后的凝胶中，保压2?8h，排出乙醇，当高压釜不再有乙醇析出时，将高压釜关闭，打开分离器，将温度升至319?334K、压力升至10?16MPa，保压2?4h，保压完成后，降至室温，得到T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料。10.一种采用权利要求1所述的制备T1 2纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料的方法制得的T12纳米管复合S1 2气凝胶基光催化材料，其特征在于，该光催化材料由S1 2气凝胶和均匀分布于其网络结构中的T12纳米管形成，比表面积为500?900 m2 /g，孔隙率 >90%，其中T12纳米管的平均粒径为15?25nm，长度为500nm?2μπι0
【专利摘要】一种TiO2纳米管复合SiO2气凝胶基光催化材料及其制备方法，将钛白粉与NaOH溶液反应，得到反应液；将反应液离心分离，得白色沉淀物，搅拌下用酸调节pH值后洗涤至中性时进行离心分离得到下层沉淀，干燥后锻烧，然后与硅溶胶进行混合均匀后，在搅拌的条件下进行凝胶化处理，得到凝胶；将凝胶经无水乙醇陈化，然后采用低温超临界CO2干燥即可。本发明所制得的复合光催化材料在光解制氢、污染治理、表面防污自清洁等领域有着广阔的应用前景，所制得的TiO2纳米管复合SiO2气凝胶基光催化材料性能优异，具有高的光催化活性和产率稳定性。本发明制备方法简单，干燥效率高，人为影响因素小，成本低廉。
【IPC分类】B01J21/08
【公开号】CN105056927
【申请号】CN201510536298
【发明人】李红伟, 贺佩, 逯攀岩, 贾念念, 王伟
【申请人】长安大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月27日