CN101157022A - 制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,如下:将表面含羧基的单分散聚合物微球乳液滴入疏水硅油中,搅拌、分散后,升温使水分挥发完,抽滤,用正己烷清洗;再用钛的醇盐浸泡,再抽滤,用乙醇清洗,加水使钛的醇盐水解,重复三次,用硅的醇盐浸泡1d,抽滤,加水使硅的醇盐水解得氧化钛-含氧化硅聚合物复合体,将复合体放入真空烘箱中,干燥后于500℃烧结,得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;将复合有序多孔大球放入微波等离子体发生装置中掺氮,得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。本发明制备的产品增强了对污染废水中有机物的吸附能力,在可见光照射下具有催化功能,粒径大易于回收。
Description
技术领域
本发明属于多孔光催化材料领域,特别涉及一种制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法。
背景技术
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,当紫外光(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。
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,但是利用纳米粉悬浮体系进行光催化仍然存在较多问题。
第一,由于纳米粉悬浮体颗粒细微,不易沉降,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,Hongyu Li(J.Mater.Chem.,2005,15,(26),2551-2556)采用胶体晶体模板法制备了二氧化钛纳米有序多孔大球,增强了微球对有机物的吸附能力,其大粒径的特征则使其易于回收,可重复使用,为高效二氧化钛光催化剂的制备提供了可能。
第二,纳米二氧化钛粉体仅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。刘长生,马志斌等(ZL 03119056.1)采用等离子体法制备了纳米氮杂氧化钛粉体和薄膜材料,该材料不仅具有较好的紫外光催化能力,而且在可见光即波长<500nm的光照射下也具有光催化能力。
第三,纳米二氧化钛粉体在紫外光照射下催化降解有机载体,对有机载体本身也产生破坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术所制备的光催化剂难以回收,在紫外光照射下才具有催化功能以及对有机载体本身产生破坏的不足,利用无机物二氧化硅优异的化学稳定性,而提供的一种制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法。该方法的特点是:①粒径大易于回收,可重复使用;②二氧化硅在有序多孔氮杂氧化钛表面存在,由于二氧化硅优异的化学稳定性,因此不会光催化降解载体;③二氧化硅本身也是孔孔相通的,保证了有序多孔氮杂氧化钛与外界相通,使得制备的氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球能保持光催化剂原有的催化性能;④经等离子体改性,在可见光照射下就具有催化活性。
本发明的目的是采用以下技术措施实现的:
首先,将3~8g质量百分数为8%~13%的表面含羧基的单分散聚合物微球乳液缓慢滴加入50~100g的疏水硅油中,于40~60℃搅拌,待聚合物微球充分分散后,升温至70~100℃,搅拌6~12h,使水分充分挥发的同时单分散聚合物微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的疏水硅油,即得由单分散聚合物微球自组装而成的大球;质量百分数为8%~13%的表面含羧基的单分散聚合物微球乳液也就是表面含羧基的单分散聚合物微球占整个乳液质量百分数为8%~13%。
其次,将单分散聚合物微球自组装而成的大球用钛的醇盐浸泡6~12h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛的醇盐,然后加入适量水使钛的醇盐水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅的醇盐浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅的醇盐水解得到氧化钛含氧化硅聚合物复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥6~12h,之后于500℃烧结5~10h,除去单分散聚合物微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;
最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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15~60min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
以上制备方法中所述表面含羧基单分散聚合物微球为含羧基单分散聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球;疏水硅油为甲基硅油或二甲基硅油;钛的醇盐为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸丙酯或钛酸丁酯;硅的醇盐为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯或硅酸丁酯。
本发明具有如下优点:①粒径大易于回收,可重复使用;②二氧化硅在有序多孔氮杂氧化钛表面存在,由于二氧化硅优异的化学稳定性,因此不会光催化降解载体;③二氧化硅本身也是孔孔相通的,保证了有序多孔氮杂氧化钛与外界相通,使得制备的氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球能保持光催化剂原有的催化性能;④经等离子体改性,在可见光照射下就具有催化活性。
本发明制备的氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球具有有序多孔性,增强了对污染废水中有机物的吸附能力,同时在可见光照射下就具有催化功能,有效地提高了光催化活性,其大粒径的特征则使其易于回收,可重复使用,由于大球表面由多孔二氧化硅所包覆,所以不会对有机载体产生破坏。
附图说明
图1是本发明的技术路线方框图。图中1.先后于40~60℃、70~100℃搅拌;2.用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗;3.反复经钛的醇盐浸泡、G4的砂芯漏斗抽滤、乙醇清洗、加水水解三次后,抽滤所得的滤渣再经硅的醇盐浸泡、G4的砂芯漏斗抽滤、加水水解;4.烧结除去单分散聚合物微球;5.微波等离子体处理。
具体实施方式
实施例1
首先,将3g质量百分数为10%的表面含羧基的单分散聚苯乙烯微球乳液缓慢滴加入50g的甲基硅油中,于40℃搅拌,待聚苯乙烯微球充分分散后,升温至80℃,搅拌7h,使水分充分挥发的同时单分散聚苯乙烯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的甲基硅油,即得由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球用钛酸甲酯浸泡8h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸甲酯,然后加入适量水使钛酸甲酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸乙酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸乙酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚苯乙烯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥10h,之后于500℃烧结8h,除去单分散聚苯乙烯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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10cm3/min、微波功率300W、温度200℃、辐照处理20min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
实施例2
首先,将5g质量百分数为12%的表面含羧基的单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液缓慢滴加入70g的二甲基硅油中,于50℃搅拌,待聚甲基丙烯酸甲酯微球充分分散后,升温至90℃,搅拌8h,使水分充分挥发的同时单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的二甲基硅油,即得由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球用钛酸丙酯浸泡6h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸丙酯,然后加入适量水使钛酸丙酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸甲酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸甲酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚甲基丙烯酸甲酯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥12h,之后于500℃烧结10h,除去单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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20cm3/min、微波功率200W、温度400℃、辐照处理30min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
实施例3
首先,将8g质量百分数为13%的表面含羧基的单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液缓慢滴加入90g的甲基硅油中,于55℃搅拌,待聚甲基丙烯酸甲酯微球充分分散后,升温至70℃,搅拌12h,使水分充分挥发的同时单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的甲基硅油,即得由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球用钛酸丁酯浸泡12h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸丁酯,然后加入适量水使钛酸丁酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸丁酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸丁酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚甲基丙烯酸甲酯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥12h,之后于500℃烧结5h,除去单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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50cm3/min、微波功率800W、温度500℃、辐照处理60min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
实施例4
首先,将4g质量百分数为10%的表面含羧基的单分散聚苯乙烯微球乳液缓慢滴加入60g的甲基硅油中,于60℃搅拌,待聚苯乙烯微球充分分散后,升温至80℃,搅拌6h,使水分充分挥发的同时单分散聚苯乙烯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的甲基硅油,即得由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球用钛酸乙酯浸泡8h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸乙酯,然后加入适量水使钛酸乙酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸丙酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸丙酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚苯乙烯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥6h,之后于500℃烧结7h,除去单分散聚苯乙烯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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30cm3/min、微波功率400W、温度300℃、辐照处理15min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
实施例5
首先,将6g质量百分数为12%的表面含羧基的单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液缓慢滴加入80g的二甲基硅油中,于50℃搅拌,待聚甲基丙烯酸甲酯微球充分分散后,升温至100℃,搅拌10h,使水分充分挥发的同时单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的二甲基硅油,即得由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球自组装而成的大球用钛酸甲酯浸泡6h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸甲酯,然后加入适量水使钛酸甲酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸丁酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸丁酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚甲基丙烯酸甲酯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥12h,之后于500℃烧结5h,除去单分散聚甲基丙烯酸甲酯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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30cm3/min、微波功率1000W、温度300℃、辐照处理40min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
实施例6
首先,将7g质量百分数为11%的表面含羧基的单分散聚苯乙烯微球乳液缓慢滴加入100g的甲基硅油中,于60℃搅拌,待聚苯乙烯微球充分分散后,升温至90℃,搅拌10h,使水分充分挥发的同时单分散聚苯乙烯微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗以除去其表面残留的甲基硅油,即得由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球;其次,将由单分散聚苯乙烯微球自组装而成的大球用钛酸丁酯浸泡8h,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗以除去其表面的钛酸丁酯,然后加入适量水使钛酸丁酯水解,如此重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅酸乙酯浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,直接加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅酸乙酯水解得到氧化钛-含氧化硅聚苯乙烯复合体;然后,将复合体放入真空烘箱中,在60℃干燥10h,之后于500℃烧结6h,除去单分散聚苯乙烯微球,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;最后,将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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40cm3/min、微波功率600W、温度500℃、辐照处理50min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
Claims (6)
1.一种制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于:按以下步骤进行:①将表面含羧基的单分散聚合物微球乳液滴加入疏水硅油中,于40~60℃搅拌,待聚合物微球充分分散后,升温至70~100℃,搅拌使水分充分挥发的同时单分散聚合物微球之间也相互粘连,然后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用正己烷清洗;②用钛的醇盐浸泡,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,抽滤所得的滤渣用乙醇清洗,然后加入适量水使钛的醇盐水解,重复浸泡、抽滤、清洗、水解三次后,换用硅的醇盐浸泡1d,之后用G4的砂芯漏斗进行抽滤,加入适量水到抽滤所得的滤渣中,使表面的硅的醇盐水解得到氧化钛-含氧化硅聚合物复合体,然后,将复合体放入真空烘箱中,60℃干燥6~12h,之后于500℃烧结5~10h,即得氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球;③将氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球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15~60min,即得氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球。
2.根据权利要求1所述的制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于:表面含羧基单分散聚合物微球为表面含羧基聚苯乙烯微球或表面含羧基聚甲基丙烯酸甲酯微球。
3.根据权利要求1所述的制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于疏水硅油为甲基硅油或二甲基硅油。
4.根据权利要求1所述的制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于:钛的醇盐为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸丙酯或钛酸丁酯。
5.根据权利要求1所述的制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于:硅的醇盐为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯或硅酸丁酯。
6.根据权利要求1-5之一所述的制备氮杂氧化钛-氧化硅核壳纳米复合有序多孔大球的方法,其特征在于:所述的表面含羧基的单分散聚合物微球乳液中表面含羧基的单分散聚合物微球占整个乳液的质量百分数为8%~13%。
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CN100556536C (zh) | 2009-11-04 |
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