高结晶度、大比表面积纳米二氧化钛光催化剂的制备方法技术

高结晶度、大比表面积纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，目前具有较大比表面积的纳米二氧化钛均是在较低的温度下获得的，但是结晶度较低，因此光催化活性较低，为了提高结晶度，需要进行高温焙烧，这样就造成比表面积的急剧降低和结晶相转变和晶粒聚集，这样也不能提高光催化效率，为了能在较高的温度下仍然保持稳定的结晶相和较大的比表面积，往往在二氧化钛中掺杂一些稳定剂，而这些物质的加入往往会改变二氧化钛的内在性质，从而限制其潜在的应用。本发明专利技术组成包括：溶胶、水热预晶化、有机胺回流固化处理，过滤得到具有特定晶型结构的二氧化钛纳米晶。本发明专利技术涉及一种催化剂领域中使用的二氧化钛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高结晶度、大比表面积、小晶粒和稳定的相结构等特 性的高光催化活性纳米二氧化钛的制备方法。
技术介绍
近些年，由于在分解空气和水中的化学污染物的潜在应用价值，不同种类 的半导体光催化剂越来越受到人们的重视。在众多半导体光催化剂中，Ti02因 其催化活性高、稳定性好、价廉、无毒等优点而倍受关注。除了在净化水和空 气方面的应用外，Ti02在杀菌消毒、光解水、固氮、C02还原等方面的研究也取 得了一定进展。然而，低转换效率限制了其大规模的环境应用，因此，如何提 高二氧化钛的光催化效率是今后必须要解决的问题。二氧化钛的光催化效率主要由光的利用效率和光生电子和空穴对的复合几 率决定，而这些又极大地依赖于二氧化钛的自身性质，如相结构、比表面积、 晶粒尺寸、结晶度、孔结构等。在二氧化钛的三个结晶相中，锐钛矿显示出非 常高的光催化活性，此外，具有一定比例的两相异质结结构的二氧化钛也显示 出极高的光催化活性。对于其它的性质，大比表面积有利于提高表面反应和提 供更多的活性中心，较小的晶粒尺寸有利于提高光生载流子的分离，而高结晶 度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，而多孔结构有 利于提高物质的传递和对光的吸收利用。因此，合成同时具有制备具有大比表 面积、高结晶度、高稳定性的特定晶型的多孔纳米二氧化钛光催化剂有利于提 高光催化效率，但是，同时获得这些性质是很困难的，因此这也是一个挑战。目前，具有较大比表面积的纳米二氧化钛均是在较低的温度下获得的，但 是结晶度较低，因此光催化活性较低。为了提高结晶度，需要进行高温焙烧， 这样就造成比表面积的急剧降低和结晶相转变和晶粒聚集，这样也不能提高光 催化效率。为了能在较高的温度下仍然保持稳定的结晶相和较大的比表面积， 往往在二氧化钛中掺杂一些阴离子(例如S0/—、 P0/—等)、金属阳离子或金属氧化物等充当稳定剂，而这些物质的加入往往会改变二氧化钛的内在性质，从而限制其潜在的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高结晶度、大比表面积、小晶粒 和稳定的相结构等特性的高光催化活性纳米二氧化钛的制备方法。上述的目的通过以下的技术方案实现，其组成包括 溶胶、水热预晶化、有机胺回流固化处理，取钛源和醇混合均匀，钛源和醇的 摩尔比为0.05~0.2，加入到含有无机酸和阳离子表面活性剂的醇和水的溶液中开始水解，继续搅拌得到透明溶胶，然后将溶胶进釜，在120 18(TC范围内开始水热反应以达到预晶化的目的，过滤得到具有特定晶型结构的二氧化钛纳米晶， 将得到的二氧化钛纳米晶在有机胺的水溶液中进行回流固化处理，然后用水洗涤至中性，烘干；将所得粉体在400 80(TC温度范围内焙烧3 6小时，得到具有 特定晶型的多孔纳米二氧化钛光催化剂材料。所述的，所述的 钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯、硫酸钛或四氯化钛中的一种，所 述的醇为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种的混合。所述的，钛源加 入到含有无机酸、阳离子表面活性剂、醇和水的混合物溶液中，所述的无机酸 为硝酸，，钛源的摩尔浓度为0.1 2.5M，醇和水的体积比大于2，溶液pH〈3.0， 温度控制在5 25°C，所述的阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂， 如十六烷基三甲基溴化铵、十八院基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵， 十六垸基三甲基氯化铵等，所述的阳离子表面活性剂和钛源的摩尔比范围为0.08~0.2。所述的，所述的 透明溶胶的搅拌时间为0. 5~3小时，所述的溶胶进行水热反应的温度为120~180 °C，时间为6 72小时。所述的高结晶度、大比表面积纳米二氧化钕光催化剂的制备方法，对水热 反应得到的产物进行回流固化处理时使用的有机胺为乙二铵、三乙胺、乙胺、 二乙胺、三乙胺、正丙胺、正丁胺中的一种，处理时，溶液的温度为80 100'C，而限制其潜在的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高结晶度、大比表面积、小晶粒 和稳定的相结构等特性的高光催化活性纳米二氧化钛的制备方法。上述的目的通过以下的技术方案实现，其组成包括 溶胶、水热预晶化、有机胺回流固化处理，取钛源和醇混合均匀，钛源和醇的 摩尔比为0.05~0.2，加入到含有无机酸和阳离子表面活性剂的醇和水的溶液中开始水解，继续搅拌得到透明溶胶，然后将溶胶进釜，在120 180'C范围内开始水热反应以达到预晶化的目的，过滤得到具有特定晶型结构的二氧化钛纳米晶， 将得到的二氧化钛纳米晶在有机胺的水溶液中进行回流固化处理，然后用水洗涤至中性，烘干；将所得粉体在400 80(TC温度范围内焙烧3 6小时，得到具有 特定晶型的多孔纳米二氧化钛光催化剂材料。所述的，所述的 钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯、硫酸钛或四氯化钛中的一种，所 述的醇为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种的混合。所述的，钛源加 入到含有无机酸、阳离子表面活性剂、醇和水的混合物溶液中，所述的无机酸 为硝酸，，钛源的摩尔浓度为0.1-2.5M，醇和水的体积比大于2，溶液pH〈3.0， 温度控制在5、 25°C，所述的阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂， 如十六烷基三甲基溴化铵、十八垸基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵，十六垸基三甲基氯化铵等，所述的阳离子表面活性剂和钛源的摩尔比范围为0.08~0.2。所述的，所述的 透明溶胶的搅拌时间为0. 5 3小时，所述的溶胶进行水热反应的温度为120-180 °C，时间为6 72小时。所述的，对水热反应得到的产物进行回流固化处理时使用的有机胺为乙二铵、三乙胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、正丙胺、正丁胺中的一种，处理时，溶液的温度为80 100"C，性质的比较。表1<table>table see original document page 7</column></row><table>注N代表未经过有机胺回流处理，Y代表经过有机胺回流处理。Ti02-400-N(Y)、Ti02-600-N(Y) 、 Ti02-700-N(Y) 、 TiO厂800-N(Y)分别代表在相对应焙烧温度下的二氧化钛样 n叩o由表1和附图1可见，经过有机胺回流固化后的二氧化钛在400 80(TC的不同焙烧温度下均是锐钛矿，并且随着焙烧温度的升高，衍射峰的强度有所增加，表明结晶度随着温度的升高而有所提高，而从附图2可以看出，未经有机 胺回流固化的二氧化钛在60(TC焙烧时就出现了金红石相，这表明有机胺回流固 化过程有增加相稳定性的作用，同时，从表1的数据可以看出通过有机胺回流 固化过程，二氧化钛的晶粒尺寸的增长也受到明显的抑制。二氧化钛的粒径均 较小，并且与XRD线宽法确定的二氧化钛晶粒大小基本一致，70(TC温度下焙烧 的二氧化钛仍然具有多孔结构。附图3显示了不同焙烧温度下的经过回流处理 的二氧化钛粉末的氮气吸附脱附等温曲线，具有典型的介孔结构特征，根据氮 气吸附脱附等温曲线确定了不同焙烧温度下的二氧化钛的BET比表面积,从表1 中可以看到，二氧化钛不仅在低焙烧温度下具有高比表面积和大的孔体积而且 在较高的焙烧温度(70CTC)下仍然具有较大的比表面积(210 m7g)和孔体积 (0.28mL/g)。附图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高结晶度、大比表面积纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其组成包括：溶胶、水热预晶化、有机胺回流固化处理，其特征是：取钛源和醇混合均匀，钛源和醇的摩尔比为０．０５～０．２，加入到含有无机酸和阳离子表面活性剂的醇和水的溶液中开始水解，继续搅拌得到透明溶胶，然后将溶胶进釜，在１２０～１８０℃范围内开始水热反应以达到预晶化的目的，过滤得到具有特定晶型结构的二氧化钛纳米晶，将得到的二氧化钛纳米晶在有机胺的水溶液中进行回流固化处理，然后用水洗涤至中性，烘干；将所得粉体在４００～８００摄氏度温度范围内焙烧３～６小时，得到具有特定晶型的多孔纳米二氧化钛光催化剂材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付宏刚，田国辉，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]