一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法，方法如下：①将单分散聚合物微球分散于甲酰胺中，同时利用钛的醇盐的水解使单分散聚合物微球聚集并形成二氧化钛／单分散微球复合体；②通过烧结的方法除去单分散聚合物微球模板，制备有序多孔二氧化钛微粉；③将上述制备的有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真空至真空度小于５０毫米汞柱后，通氮气至微波等离子体发生装置内，调节氮气流速１０～５０ｃｍ↑［３］／ｍｉｎ、微波功率２００－１０００Ｗ、温度２００－５００℃、辐照处理１～６０ｍｉｎ，即得有序多孔氮杂氧化钛微粉。本发明专利技术制备工艺简单，制备的氮杂氧化钛微粉具有有序多孔及可见光催化性能，且多孔结构不易遭破坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔光催化材料领域，特别涉及一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法。
技术介绍
锐钛型纳米二氧化钛经紫外光照射可以分解有毒化学品、烟雾残留物、恶臭化学品、脏物、刺激物、细菌等等为无毒、无污染的物质，当紫外(波长＜388nm)照射时其价带中的电子被激发形成带负电的高活性电子，同时产生带正电的价带空穴，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。空穴和电子分别与表面的水和氧气反应产生高反应活性的羟基自由基和超氧离子自由基，这些自由基能有效地分解有毒化学品。因此，引起人们的极大兴趣，希望利用这种光催化特性解决日益加剧的地球环境污染问题。锐钛型纳米二氧化钛只有在紫外光照射下才具有催化功能，而自然光中紫外光的含量太少，只占到达地面的太阳光辐射总量的4-6％，且随着时间变化明显，人工产生紫外光耗电量大、还需投入较高设备费，大面积紫外光照射的费用更高甚至难于实现。如果能扩展光催化剂的光谱利用范围，以太阳光作为光源，则可使设备投资和运行成本大大降低，使得在自然环境中去污等成为可能。为了实现这一宏大目标，很多学者开展了这一领域的研究工作。Asahi(Science，2001，293(5528)：269)采用30％的N2/Ar混合气体处理锐钛型纳米二氧化钛TiO2薄膜或采用67％的NH3/Ar混合气体处理锐钛型TiO2纳米微粉4小时，分别制备了氮杂氧化钛TiO2-xNx纳米薄膜和纳米微粉。这种纳米材料在可见光即波长＜500nm的光照射下使乙醛等分解为二氧化碳和水。但是该方法反应时间长，并且还需要氩气，因而成本太高。刘长生，马志斌(ZL03119056.1)等采用等离子体法制备了纳米氮杂氧化钛粉体和薄膜材料，明显提高了紫外光催化能力，在可见光即波长＜500nm的光照射下，含0.5克纳米氮杂氧化钛的10毫升1％的甲基橙溶液，经太阳光照射下30-50min，其颜色退至无色。此外，二氧化钛光催化剂应用于实际污染物治理，虽已取得了一定的成效，但是在利用纳米粉悬浮体系进行光催化时，由于其颗粒细微，不易沉淀，催化剂难以回收，活性成分损失大，不利于催化剂的再生与再利用。因此，要实现光催化技术的大规模应用，就必须解决光催化剂纳米分散所带来的负-->面影响。设计具有特殊结构的催化剂不但可以解决催化剂分离回收的问题，还可以克服粉末催化剂稳定性差和容易中毒的缺点，利于提高催化剂的催化效率。与此同时，上世纪90年代末，Velve(Nature，1997，389：447～448)等用胶体晶体模板法成功地制备了三维有序大孔(3DOM)材料，使大孔材料的研究进入了一个新阶段。这种孔径分布窄，孔道排列整齐有序，孔道内部互穿的三维有序多孔材料使制备具有特殊结构的光催化材料成为可能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术所制备的多孔二氧化钛孔径不均、多孔结构容易遭破坏、制备工艺复杂、且不具备可见光光催化及粉体催化剂稳定性差和容易中毒等不足，而提供一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法，利用单分散聚合物微球为模板制备有序多孔二氧化钛微粉，并结合氮等离子体辐照技术对有序多孔二氧化钛微粉进行氮掺杂，以制备有序多孔氮杂氧化钛微粉。该方法的特点是：①以单分散聚合物微球为模板制备的多孔二氧化钛孔径呈有序分布，孔道内部互穿；②有序多孔二氧化钛微粉具有一定强度，多孔结构不易遭破坏；③通过氮等离子辐照对有序多孔二氧化钛微粉进行氮掺杂。本专利技术的目的是采用以下技术措施实现的：首先，将单分散聚合物微球分散于甲酰胺中，待聚合物微球充分分散后，加入己烷与钛的醇盐，充分搅拌6h，然后在空气中自然挥发以除去己烷，而后加入水使钛的醇盐水解；其次，待水解完毕后，用G4的砂芯漏斗进行抽滤，将抽滤后得到的二氧化钛与单分散聚合物微球的复合物放入真空烘箱中，在60℃干燥12h，之后于500℃烧结5h，除去单分散聚合物微球，得到有序多孔二氧化钛微粉。最后，将有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真空至真空度小于50毫米汞柱后，通氮气至微波等离子体发生装置内，调节氮气流速10～50cm3/min、微波功率200～1000W、温度200～500℃、辐照处理1～60min，即得有序多孔氮杂氧化钛微粉。以上制备方法中所述单分聚合物微球为聚苯乙烯微球(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯微球(PMMA)、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)共聚物微球(P(St-MMA))或聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)共聚物微球(P(MMA-MAA))；钛的醇盐为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸丙酯、钛酸丁酯、钛酸异丁酯或钛酸壬酯。本专利技术的制备工艺简单，制备的氮杂氧化钛微粉具有有序多孔，且多-->孔结构不易遭破坏，克服了粉体催化剂稳定性差和容易中毒的缺点。铬酸根光催化降解率实验表明，采用本专利技术制备的有序多孔氮杂氧化钛微粉比未改性的有序多孔二氧化钛具有更好的光催化性能，见下表，吸光度越小，体系中铬酸根浓度越少，被降解的铬酸根越多，光催化性能越好。称取0.5g氮杂氧化钛于50mL烧杯中，滴加Cr6+含量0.08g/L的1.6mLCr2O72-溶液后，萤光高压汞灯照射8min，后取出并冷却，然后加水1 5mL并摇匀，离心沉降，取10mL上层清液转入25mL比色管，加入0.3mL浓度为1mol/L的H2SO4，摇匀静置，再加入0.5mL二苯胺基脲(DCPI)，迅速用水稀至25mL，立即摇匀，静置5min后放入岛津2100型紫外可见光光度计中，在波长540nm处测定溶液的吸光度。有序多孔氮杂氧化钛和未改性的多孔二氧化钛光催化实验数据  样品种类    吸光度A  有序多孔氮杂氧化钛    0.11  未改性有序多孔二氧化钛    0.38附图说明图1是本专利技术的技术路线。图中1加入己烷；2加入钛的醇盐搅拌；3自然挥发除去己烷，加入过量的水使钛的醇盐水解；4烧结除去单分散聚合物微球；5等离子体辐照掺氮。具体实施方式实施例1将1.5g单分散PS微球分散于15g甲酰胺中，待PS微球充分分散后，加入5g己烷与0.01g钛酸丁酯，充分搅拌6h，然后在空气中自然挥发以除去己烷，之后加入5g水使钛酸丁酯水解，水解完毕后用G4的砂芯漏斗进行抽滤，将抽滤后得到的二氧化钛与单分散PS微球的复合物放入真空烘箱中，在60℃干燥12h，后于500℃烧结5h以除去单分散PS微球，得到有序多孔二氧化钛微粉；而后将有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真空至真空度45毫米汞柱后，通氮气至微波等离子体发生装置内，调节氮气流速10cm3/min、微波功率200W、温度500℃，辐照处理60min，即得有序多孔氮杂氧化钛微粉。称取这种微粉0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下15min，其颜色退至无色。实施例2-->将1.1g单分散PS微球分散于20g甲酰胺中，待PS微球充分分散后，加入4g己烷与0.01g钛酸甲酯，充分搅拌6h，然后在空气中自然挥发以除去己烷，之后加入7g水使钛酸甲酯水解，水解完毕后用G4的砂芯漏斗进行抽滤，将抽滤后得到的二氧化钛与单分散PS微球的复合物放入真空烘箱中，在60℃干燥12h，后于500℃烧结5h以除去单分散PS微球，得到有序多孔二氧化钛微粉；而后将有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法，其特征在于：按以下步骤进行：①将单分散聚合物微球分散于甲酰胺中，同时利用钛的醇盐的水解使单分散聚合物微球聚集并形成二氧化钛／单分散微球复合体；②通过烧结的方法除去单分散聚合物微球模板，制备有序多孔二氧化钛微粉；③将上述制备的有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真空至真空度小于５０毫米汞柱后，通氮气至微波等离子体发生装置内，调节氮气流速１０～５０ｃｍ↑［３］／ｍｉｎ、微波功率２００～１０００Ｗ、温度２００～５００℃、辐照处理１～６０ｍｉｎ，即得有序多孔氮杂氧化钛微粉。

【技术特征摘要】
1、一种制备有序多孔氮杂氧化钛微粉的方法，其特征在于：按以下步骤进行：①将单分散聚合物微球分散于甲酰胺中，同时利用钛的醇盐的水解使单分散聚合物微球聚集并形成二氧化钛/单分散微球复合体；②通过烧结的方法除去单分散聚合物微球模板，制备有序多孔二氧化钛微粉；③将上述制备的有序多孔二氧化钛微粉放入微波等离子体发生装置中，抽真空至真空度小于50毫米汞柱后，通氮气至微波等离子体发生装置内，调节氮气流速10～50cm3/min、微波功率200...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长生，李俊，邓仕英，韦磊，周爱军，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]