一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料领域，具体涉及可用于废气和废水处理的吸附和光催化材料，尤 其涉及一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 半导体多相光催化技术作为一种高效的有机污染物的治理方法，具有广阔的应用 前景。在各种半导体光催化剂中，二氧化钛作为一种典型的N型半导体，因其无毒、廉价、性 能稳定、光催化性能高、对污染物中的有机物降解无选择性等优点，成为当前受重视和具有 广阔应用前景的光催化氧化剂。
[0003] 目前，科研工作者们已经开发出多种纳米二氧化钛材料的制备方法，包括溶胶-凝 胶法、水/溶剂热法、气相法、水解法等。纳米二氧化钛具有高比表面能，易发生团聚而丧失 或削弱其所特有的性能，而传统的合成方法的加热方式不可避免的在反应器中造成温度梯 度的存在，因此单分散的二氧化钛粒子不易形成。微波化学是近年来兴起的一门边缘交叉 学科，在纳米材料的制备中显示出很强的竞争力，目前已被广泛应用于制备具有特殊结构 和性能的纳米材料。
[0004] CN 102774881 A公开了一种高催化活性二氧化钛纳米管的微波辅助合成方法，所 述方法以锐钛矿相二氧化钛为前驱体，在高压微波环境下，通过浓碱水水热法制备二氧化 钛纳米管;CN 101698504 A公开了 一种微波合成纳米二氧化钛的方法，所述方法以无机钛 源为前驱体，在高温、高压条件下，通过微波水热反应制备二氧化钛材料。上述两个发明都 是在高温高压的条件下进行制备，条件严格，且耗能大。
[0005] CN103521270A公开了一种磺化煤负载Ti02光催化剂及其制备方法，该方法以高 聚物半有机质磺化煤为载体，以硫酸钛为钛源，采用微波-液相沉淀法制备以半焦磺化煤为 基底的负载型纳米晶体Ti02光催化剂。该方法需要采用高聚物半有机质磺化煤为载体，且 需要三次微波辐照，得到的Ti02光催化剂的降解速率不够高。
[0006] 所以找到一种反应条件温和，不需模板的方法制备二氧化钛催化剂就显得尤为重 要，也更加绿色环保，便于推广应用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用，所述二氧 化钛纳米催化剂材料在制备过程中不使用任何模板剂，反应条件温和、简单高效，具有绿色 环保的特点。
[0008] 为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 第一方面，本发明提供了一种微波辅助制备二氧化钛纳米催化剂的方法，包括如 下步骤:将二氧化钛前驱体和溶剂混合后调节pH，在50_120°C的温度和常压下进行微波辐 照反应，再经过冷却、洗涤、干燥和煅烧后得到二氧化钛纳米催化剂。
[0010] 本发明中，所述方法为一种常压、温和的反应条件，所述常压指的是0.5-2个标准 大气压的情况，优选为1个标准大气压的情况下，通过微波辅助作用，在短时间克服能皇促 进成核，制备出具有特殊形貌、比表面积大于l〇〇m2/g的二氧化钛纳米催化剂，可有效增加 反应活性位点、促进吸附传质以及降低光生在载流子的复合，提高二氧化钛的光催化活性。
[0011]所述温度例如可以是50 °C、51°C、53 °C、55 °C、56 °C、58 °C、60 °C、65 °C、70 °C、75 °C、80。(：、85。(：、90。(：、95。(：、100。(：、105。(：、110。(：、115。(：或120。(：。
[0012 ]优选地，所述二氧化钛前驱体和溶剂的质量比为1:(5-200 )，例如可以是1:5、1:8、 1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:100、1:103、1:105、1: 108、1:110、1:115、1:120、1:125、1:130、1:135、1:140、1:145、1:150、1:155、1:160、1:165、 1:170、1:175、1:180、1:185、1:190、1:192、1:194、1:195、1:198或 1:200，优选为 1: (8-150)， 进一步优选为1:( 10-100)。
[0013] 优选地，所述二氧化钛前驱体为钛酸正丁酯、异丙醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛或四氯 化钛中的任意一种或至少两种的混合物。
[0014] 优选地，所述溶剂为水和/或小分子醇的混合物。
[0015] 优选地，所述小分子醇的混合物为甲醇、乙醇或丙醇中的任意一种或至少两种的 混合物。
[0016]优选地，所述调节pH的调节剂为盐酸、硫酸、乙酸或柠檬酸中的任意一种或至少两 种的混合物。
[0017] 优选地，所述调节pH后的pH值为1-6,例如可以是1、2、3、4、5、6，优选为2-5。本发明 中调节pH的目的在于抑制Ti02前驱体的水解，准确控制成核过程，使得制备的Ti02纳米催化 剂形成表面粗糙的形貌。
[0018] 优选地，所述微波辐照反应的温度为50-120°C，进一步优选为70-100°C。
[0019] 本发明中，温度越高，则成核需要克服的能皇降低，越容易成核，所需时间也就缩 短。
[0020] 优选地，所述微波辐照反应的输出功率为5-500W，例如可以是5W、6W、8W、10W、12W、 15W、18W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W、55W、60W、65W、70W、75W、80W、85W、90W、95W、100W、 105W、110W、120W、130W、140W、150W、160W、170W、180W、190W、200W、210W、220W、230W、240W、 250W、260W、270W、280W、290W、300W、310W、320W、330W、340W、350W、360W、370W、380W、390W、 400￥、410￥、420￥、430￥、440￥、450￥、4601470￥、480￥、490￥或500￥，优选为20-460￥，进一步 优选为50-420W。
[0021 ] 优选地，所述微波福照反应的福照时间为5-200min，例如可以是5min、6min、7min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、 65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min、110min、120min、130min、140min、 15〇111；[11、160111；[11、170111；[11或180111；[11，优选为10-180111；[11，进一步优选为15-150111；[11。
[0022] 优选地，所述洗涤的溶剂为水和/或乙醇^
[0023] 优选地，所述干燥的方式为真空干燥。
[0024]优选地，所述真空干燥的温度为30-70 °C，例如可以是30 °C、31°C、32 °C、35 °C、36 。(：、38。(：、40。(：、42。(：、45。(：、48。(：、50。(：、52。(：、55。(：、56。(：、58。(：、60。(：、62。(：、65。(：、68。(：或 70 °C。
[0025] 优选地，所述真空干燥的时间为l-15h，例如可以是lh、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、 911、1011、1111或1211，优选为1-1211。
[0026] 优选地，所述煅烧的温度为100-800°C，例如可以是100°C、110°C、120°C、130°C、 140°C、150°C、160°C、180°C、200°C、210°C、220°C、230°C、250°C、260°C、280°C、300°C、350 °C、400 °C、450 °C、500 °C、550 °C、600 °C、650 °C、700 °C、750 °C 或800 °C，优选为200-750 °C，进 一步优选为300-700 °C。
[0027] 优选地，所述煅烧的时间为l-8h，例如可以是lh、2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h，优选为 l~6h〇
[0028] 优选地，所述煅烧采用程序升温，所述程序升温的速度为5-20°C/min，例如可以是 5°C/minN6〇C/minN7〇C/minN8〇C/minN9°C/minN 10〇C/miriN 11 〇C/miriN 12〇C/miriN 13〇C/miriN 14°C/min、15°C/min、16°C/min、17°C/min、18°C/min、19°C/min 或 2CTC/min〇
[0029] 优选地，所述微波辅助制备二氧化钛纳米催化剂的方法包括如下步骤：
[0030] (1)将二氧化钛前驱物和溶剂按质量比1: (5-200)混合均匀；
[0031] (2)调节步骤(1)中混合液的pH值至1-6;
[0032] (3)将步骤(2)得到的混合液置于微波反应器中在温度50-120°C，功率5-500W下进 行微波福照反应5-200min;
[0033] (4)步骤(3)反应结束后得到的产物经冷却、洗涤、离心