氧化钛纳米晶气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化钛纳米晶气凝胶材料及其制备方法。一种氧化钛纳米晶气凝胶材料，其特征在于其形态为淡黄色粉末，成分为锐钛矿型氧化钛，晶粒尺寸7～15nm，孔径分布在10～100nm，比表面积在70～130m2/g，孔体积1.0～1.7cm3/g。其制备方法是钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水和硝酸按一定比例进行溶胶‑凝胶反应形成凝胶，凝胶经乙醇超临界干燥得氧化钛纳米晶气凝胶材料。本发明专利技术的制备工艺有原料工艺简捷、差别低廉、易于规模化生产等优点，所制备的氧化钛纳米晶气凝胶比表面积较高和结构稳定性良好。

Nano crystalline titanium dioxide aerogel material and preparation method thereof

The invention relates to a titanium dioxide nano crystal aerogel material and a preparation method thereof. A TiO2 nanocrystal aerogel material, characterized in that the form is light yellow powder composition of anatase titanium oxide, the grain size of 7 ~ 15nm, the pore size distribution in the 10 ~ 100nm, the specific surface area pore volume at 70 ~ 130m2/g, 1 ~ 1.7cm3/g. The preparation method is four butyl titanate, ethanol, deionized water and nitrate sol gel reaction was carried out according to a certain proportion to form a gel, gel after ethanol supercritical drying oxide nanocrystal aerogel materials. The preparation process of the invention has the advantages of simple and convenient raw material process, low cost and easy scale production, and the prepared titanium dioxide nanometer aerogel has high specific surface area and good structural stability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气凝胶纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种氧化钛纳米晶气凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是一种纳米颗粒相互聚集而成的纳米多孔材料，具有高比表面积、低密度、高孔隙率等诸多优异性能，在隔热、吸附、催化等领域有良好的应用前景。氧化钛是一种性能优异的催化剂，在光催化领域被广泛研究。但是目前商业化的氧化钛催化剂(P25)比表面积较低。氧化钛气凝胶虽然具有较高的比表面积，但是其气凝胶产品多为无定形材料，为了使其具有光催化效果必须进行后续的热处理使其结晶化，而结晶过程会严重破坏气凝胶的孔结构，使其比表面积大幅度降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了弥补现有氧化钛催化剂材料结构上的缺点、改进现有氧化钛气凝胶制备技术存在的不足，提供一种高比表面积、热稳定性良好的氧化钛纳米晶气凝胶材料，本专利技术的另一目的是提供上述氧化钛纳米晶气凝胶材料的制备方法，该方法工艺简单、合成周期短、成本低，可以直接制备出结晶氧化钛气凝胶材料。本专利技术目的技术方案为：一种氧化钛纳米晶气凝胶材料，其特征在于其形态为淡黄色粉末，成分为锐钛矿型氧化钛，晶粒尺寸7～15nm，孔径分布在10～100nm，比表面积在70～130m2/g，孔体积1.0～1.7cm3/g。本专利技术还提供了上述的氧化钛纳米晶气凝胶的方法，其具体步骤如下：(1)室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水搅拌混合均匀后得到溶液；(2)将钛酸四丁酯加入步骤(1)得到的溶液中，继续搅拌得到溶液；(3)步骤(2)中得到的溶液在50～60℃反应6～24小时得到氧化钛凝胶；(4)氧化钛凝胶采用超临界干燥得到氧化钛纳米晶气凝胶。优选上述原料钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水和硝酸的摩尔比为1：(20～30)：(2～6)：(0.2～0.4)。优选步骤(1)中的搅拌转速为500～2000rpm，搅拌时间为1～5分钟；步骤(2)中的搅拌转速为500～2000rpm，搅拌时间为10～60分钟。优选步骤(4)中所述的超临界干燥参数为：压力8～12MPa，温度250～270℃。有益效果：(1)相对于商品化的P25氧化钛晶体催化剂，氧化钛纳米晶气凝胶具有更高的比表面积和更好的结构稳定性；相对于传统无定形氧化钛气凝胶材料，本专利技术制备的氧化钛气凝胶为纳米晶，不需后续的热处理使其结晶化。(2)相对于传统氧化硅气凝胶材料氧化钛纳米晶气凝胶制备工艺简单，可直接制备氧化钛晶体。(3)设备简单，原料易得，成本低廉，容易实现规模化生产。附图说明图1是实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶的XRD表征结果。图2是实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶和商业化的P25氧化钛晶体的孔结构表征对比图。图3是实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶经过不同温度热处理后样品的孔径分布。图4是实例2制得的氧化钛纳米晶气凝胶的SEM照片。具体实施方式实例1室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水以500rpm的转速搅拌5分钟混合均匀后，然后加入钛酸四丁酯继续以1500rpm的转速搅拌30分钟得到混合溶液，其中原料的摩尔比钛酸四丁酯:无水乙醇:去离子水:硝酸＝1:25:4:0.3；混合溶液在55℃下反应12小时得到氧化钛凝胶；氧化钛凝胶经过10MPa、260℃乙醇超临界干燥得到晶粒尺寸8nm、比表面积为110m2/g，孔径分布在30～100nm、孔体积1.5cm3/g的氧化钛纳米晶气凝胶。参见附图，图1中给出了本专利技术实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶的XRD测试结果。可以看出，氧化钛气凝胶为锐钛矿结构。参见附图，图2中给出了本专利技术实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶和商业化的P25氧化钛晶体的孔结构表征对比图。从孔结构对比图可以看出，本专利技术制备的氧化钛纳米晶气凝胶具有更好的孔结构。参见附图，图3为实例1制得的氧化钛纳米晶气凝胶经过不同温度热处理(空气中3小时)后样品的孔径分布。可以看出，氧化钛纳米晶气凝胶具有良好的结构稳定性，高温热处理对其孔结构无破坏性影响。实例2室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水以1000rpm的转速搅拌3分钟混合均匀后，然后加入钛酸四丁酯继续以2000rpm的转速搅拌10分钟得到混合溶液，其中原料的摩尔比钛酸四丁酯:无水乙醇:去离子水:硝酸＝1:20:6:0.4；混合溶液在50℃下反应24小时得到氧化钛凝胶；氧化钛凝胶经过8MPa、270℃乙醇超临界干燥得到晶粒尺寸9nm、比表面积为130m2/g，孔径分布在10～80nm、孔体积1.7cm3/g的氧化钛纳米晶气凝胶。参见附图，图4为实例2制得的氧化钛纳米晶气凝胶的SEM照片。从SEM照片上可以看出，本专利技术所制备的氧化钛纳米晶气凝胶具有气凝胶材料的典型介孔结构特征，其颗粒大小均匀，孔结构良好。实例3室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水以1500rpm的转速搅拌1分钟混合均匀后，然后加入钛酸四丁酯继续以500rpm的转速搅拌60分钟得到混合溶液，其中原料的摩尔比钛酸四丁酯:无水乙醇:去离子水:硝酸＝1:30:2:0.2；混合溶液在60℃下反应6小时得到氧化钛凝胶；氧化钛凝胶经过12MPa、250℃乙醇超临界干燥得到晶粒尺寸12nm、比表面积为70m2/g，孔径分布在10～70nm、孔体积1.0cm3/g的氧化钛纳米晶气凝胶。经XRD测试，可以看出氧化钛气凝胶为锐钛矿结构。从SEM照片上可以看出，所制备的氧化钛纳米晶气凝胶具有气凝胶材料的典型介孔结构特征，其颗粒大小均匀，孔结构良好。氧化钛纳米晶气凝胶具有良好的结构稳定性，高温热处理对其孔结构无破坏性影响。实例4室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水以1500rpm的转速搅拌1分钟混合均匀后，然后加入钛酸四丁酯继续以1000rpm的转速搅拌40分钟得到混合溶液，其中原料的摩尔比钛酸四丁酯:无水乙醇:去离子水:硝酸＝1:30:4:0.3；混合溶液在55℃下反应18小时得到氧化钛凝胶；氧化钛凝胶经过10MPa、260℃乙醇超临界干燥得到晶粒尺寸10nm、比表面积为100m2/g，孔径分布在20～90nm、孔体积1.4cm3/g的氧化钛纳米晶气凝胶。经XRD测试，可以看出氧化钛气凝胶为锐钛矿结构。从SEM照片上可以看出，所制备的氧化钛纳米晶气凝胶具有气凝胶材料的典型介孔结构特征，其颗粒大小均匀，孔结构良好。氧化钛纳米晶气凝胶具有良好的结构稳定性，高温热处理对其孔结构无破坏性影响。实例5室温下将硝酸、无水乙醇和去离子水以2000rpm的转速搅拌1分钟混合均匀后，然后加入钛酸四丁酯继续以2000rpm的转速搅拌20分钟得到混合溶液，其中原料的摩尔比钛酸四丁酯:无水乙醇:去离子水:硝酸＝1:28:4:0.3；混合溶液在60℃下反应24小时得到氧化钛凝胶；氧化钛凝胶经过12MPa、270℃乙醇超临界干燥得到晶粒尺寸11nm、比表面积为92m2/g，孔径分布在10～90nm、孔体积1.2cm3/g的氧化钛纳米晶气凝胶。经XRD测试，可以看出氧化钛气凝胶为锐钛矿结构。从SEM照片上可以看出，所制备的氧化钛纳米晶气凝胶具有气凝胶材料的典型介孔结构特征，其颗粒大小均匀，孔结构良好。氧化钛纳米晶气凝胶具有良好的结构稳定性，高温热处理对其孔结构无破坏性影响。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化钛纳米晶气凝胶材料，其特征在于其形态为淡黄色粉末，成分为锐钛矿型氧化钛，晶粒尺寸7～15nm，孔径分布在10～100nm，比表面积在70～130m2/g，孔体积1.0～1.7cm3/g。

【技术特征摘要】
1.一种氧化钛纳米晶气凝胶材料，其特征在于其形态为淡黄色粉末，成分为锐钛矿型氧化钛，晶粒尺寸7～15nm，孔径分布在10～100nm，比表面积在70～130m2/g，孔体积1.0～1.7cm3/g。2.一种制备如权利要求1所述的氧化钛纳米晶气凝胶的方法，其具体步骤如下：(1)将硝酸、无水乙醇和去离子水搅拌混合均匀后得到溶液；(2)将钛酸四丁酯加入步骤(1)得到的溶液中，继续搅拌得到溶液；(3)步骤(2)中得到的溶液在50～60℃反应6～24小时得到氧化钛凝胶；(4)氧化钛凝胶采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔勇，蔡舒祺，沈晓冬，邵高峰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32