CN101664675A - 生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法。基于生物模板合成技术，结合溶剂热技术，采用具有精细分级结构的蝴蝶翅膀为生物模板材料，对蝴蝶翅膀进行预处理活化后进行溶剂热浸渍处理，再经灼烧氧化处理，获得一种生物形态精细分级结构的纳米二氧化钛用作光催化材料。本发明的制备方法工艺简单，成本低廉，所获得的具有生物形态精细分级结构的二氧化钛纳米材料具有优良的光催化性能。本发明方法也可应用于制备气敏压敏元件、非线性光学材料、太阳能电池以及环境净化材料等，所制备的材料在电子电气、工业、环境保护等领域有着广阔的应用前景。

Description

生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物形态精细分级结构的纳米二氧化钛光催化材料的制备方法。具体指以蝴蝶翅膀为生物模板，通过对蝴蝶翅膀进行预处理活化、浸渍、热处理的几步操作，制备出了一种具有生物形态精细分级结构、高比表面积、高光吸收的二氧化钛半导体材料，能对有机物具有高的太阳光分解效率和光催化稳定性，属于功能材料技术领域。
背景技术
工业发展给环境带来的污染，特别是对水的污染，加剧了水资源的紧张，尤其是一些工业废水中含有的有机化合物，对人体产生很大的毒害作用。目前我国传统处理废水的方法，如沉降法、曝气法、活性污泥法等，虽然工艺成熟，但总的说来处理效率低，特别是不能有效地去除水质中存在的有机污染物，因此需要发展一种经济有效的处理工艺。
半导体多相光催化技术是近30年发展起来的新兴研究领域，其核心是指在有光参与的条件下，光催化剂与其表面吸附物之间发生的一种光化学氧化还原过程，从而能把水中的有机污染物降解为无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。目前用于催化降解环境污染物的光催化剂多为N型半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、SnO2、WO3等。其中，由于TiO2光化学性质稳定、催化效率高、无毒无害、价廉、在实际应用中操作简单易控、氧化能力强、无二次污染等优点，成为最广泛应用的光催化剂。但TiO2较宽的能隙(Eg＝3.0-3.2eV)决定了其吸光阈值位于紫外区，而对太阳光的吸收利用率较低。因此，寻找开发新的工艺方法研制具有高效太阳光催化能力的二氧化钛纳米材料具有重要意义。
经检索发现，围绕TiO2纳米材料的制备有不少专利文献报道。如中国专利200610015533.2名称为：“一种在空心微珠表面真空镀二氧化钛薄膜的方法”，以空心微珠颗粒材料作基底，以金属钛作溅射靶材，通过向真空室内同时充入氧气和氩气并采用脉冲电源在真空室内光放电，使金属钛与氧气发生反应，在空心微珠表面生成光催化二氧化钛薄膜，在紫外线作用下可以实现对有机物的光催化降解，这种方法制备二氧化钛成本较高。专利200810042475.1名称为“多孔掺铁二氧化钛光催化剂的制备方法”，所制备的多孔掺铁二氧化钛光催化剂局限于在紫外灯下应用，在太阳光下的催化性质不具有优势。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种生物精细分级结构二氧化钛光催化材料的制备方法，工艺过程简单，技术成本低廉，所制备的这种具有生物形态精细分级结构的光催化材料在氙灯下对曙红B具有高的分解效率。
为实现这一目的，本发明基于生物模板合成技术，结合溶剂热技术，采用具有精细分级结构的蝴蝶翅膀作为模板材料，先对蝴蝶翅膀进行预处理活化，然后经溶剂热浸渍处理，再进行氧化灼烧处理，这样在蝶翅生物模板作用下原位形成了二氧化钛纳米晶体，这种具有生物形态精细分级结构的二氧化钛纳米材料在氙灯下表现出优越的光催化性能。
本发明的方法按如下步骤进行：
1)蝴蝶翅膀的预处理活化：选择具有高光吸收率的蝴蝶翅膀为生物模板材料，首先进行酸洗，将蝴蝶翅膀放在质量浓度为2-15％的酸溶液中浸泡1-3小时，取出，用蒸馏水洗净；然后进行碱洗，将蝴蝶翅膀在质量浓度为5-15％碱溶液中水浴浸泡，水浴浸泡的温度为50-100℃，1-3小时后取出，用蒸馏水洗净，在50℃下鼓风干燥，得到预处理好的蝴蝶翅膀。
2)蝴蝶翅膀的浸渍处理：将钛酸四丁酯逐滴滴入环己烷、脂肪酸和有机胺的混合溶液中，充分搅拌后得到浸渍液，浸渍液中各组分的体积比为钛酸四丁酯∶环己烷∶油酸∶有机胺＝1-2∶15-25∶7-20∶3-8；将配制的浸渍液移入反应釜中，将预处理好的蝴蝶翅膀置于浸渍液中，在150℃条件下保温24-48小时，自然冷却到室温后取出用有机溶剂清洗，在60℃下鼓风干燥。
3)灼烧处理：将上述浸渍干燥处理后的蝴蝶翅膀放入高温炉，以1-5℃/分钟的升温速度加热至500℃并保温1-3小时进行灼烧处理，然后停止供热，待炉腔冷至室温后取出灼烧产物，即得到具有蝴蝶翅膀形态精细分级结构的二氧化钛光催化材料。
本发明中所述的蝴蝶翅膀为具有高光吸收率的蝴蝶翅膀，考虑到不同蝴蝶翅膀对光的吸收效率不同，得到的效果会有差别，但总体上不影响本发明的实施。本发明优先选用凤蝶科中的巴黎翠凤蝶的黑色翅膀作为模板，黑色翅膀具有准蜂窝的结构，具有优良的光吸收性能。
本发明的步骤1)中，通过酸溶液和碱溶液对蝴蝶翅膀进行预处理活化，所述的酸溶液，尤指盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)中的一种或者几种；所述的碱溶液，尤指氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)中的一种或者几种。
本发明中，所述的有机胺为三甲胺、三乙胺中的一种或几种。所采用的脂肪酸为油酸、亚油酸的一种或几种。
浸渍后的蝴蝶翅膀用有机溶液清洗，所用的有机溶剂为乙醇、乙醚、氯仿中的一种或者几种。
本发明具有实质性特点和显著进步。本发明将大自然界中美丽的蝴蝶翅膀所具有的精细分级结构巧妙用于光催化材料的制备，结合溶剂热技术，创造了一种成本低廉、工艺简单环保的新材料制备方法，所制备的光催化材料TiO2结晶良好、呈现蝴蝶翅膀形态的准蜂窝状精细分级结构特征，这种结构有利于太阳光的吸收，有利于光催化性能的提高，并且在氙光下对曙红B等颜料有突出的分解效率。
本发明方法也可应用于制备气敏压敏元件、非线性光学材料、太阳能电池以及环境净化材料等，所制备的材料具有优良的光催化性能，在电子电气、工业、环境保护等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1本发明所制备的具有蝴蝶翅膀形态精细分级结构的纳米TiO2的XRD图。
图2本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2的扫描电镜照片。
图3本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2的透射电镜照片图。
图4本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2对曙红B的太阳光催化降解效率图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1
选取生物材料巴黎翠凤蝶翅的黑色部分作为生物模板，放在质量浓度为5％盐酸中浸泡1小时，取出用蒸馏水充分清洗后，再浸入质量浓度为8％氢氧化钠溶液中，在50℃水浴浸泡1小时，取出用蒸馏水冲洗干净，接着在烘箱中50℃鼓风干燥，得到预处理好的蝴蝶翅膀。
将1mL钛酸四丁酯逐滴滴入环己烷(20mL)、油酸(15mL)和三乙胺(5mL)的混合溶液中，充分搅拌后得到浸渍液，移入反应釜中，把已预处理好的蝴蝶翅膀浸入浸渍液中，在150℃条件下保温24小时，自然冷却后把蝴蝶翅膀从反应釜中取出，用有机溶剂清洗干净，用玻璃片夹紧蝴蝶翅膀，在烘箱中60℃鼓风干燥。
将干燥后的蝴蝶翅膀放入高温炉中以2℃/分钟的升温速度加热至500℃并保持恒温1.5小时后停止加热，待炉温自然降至室温后取出。所得的白色薄片即为具有蝶翅形态精细分级结构的纳米二氧化钛光催化材料，在氙灯照射2小时后对曙红B的分解率达96％以上。
图1本发明所制备的具有蝴蝶翅膀形态精细分级结构的纳米TiO2的XRD图。从图中可以看出经过500℃煅烧生成的纳米二氧化钛为锐钛矿相结构。
图2本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2的扫描电镜照片。图中右上角小插图为原始蝶翅的扫描电镜照片，由此可看出所制备的二氧化钛材料保留了蝶翅的精细分级结构特征。
图3本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2的透射电镜照片图。从图中可以看出所制备的二氧化钛材料保留了蝶翅的精细分级结构。
图4本发明所制备的具有蝶翅形态精细分级结构的纳米TiO2对曙红B的太阳光催化降解效率图。从图中可以看出经过2小时的光照后，曙红B几乎完全降解。
实施例2
选取生物材料巴黎翠凤蝶翅的黑色部分作为生物模板，放在质量浓度为5％盐酸中浸泡1小时，取出用蒸馏水充分清洗后，再浸入质量浓度为8％氢氧化钠溶液中，在50℃水浴浸泡1小时，取出用蒸馏水冲洗干净，接着在烘箱中50℃鼓风干燥，得到预处理好的蝴蝶翅膀。
将1mL钛酸四丁酯逐滴滴入环己烷(20mL)、油酸(7mL)和三乙胺(5mL)的混合溶液中，充分搅拌后得到浸渍液，移入反应釜中，把已预处理好的蝴蝶翅膀浸入浸渍液中，在150℃条件下保温48小时，自然冷却后把蝴蝶翅膀从反应釜中取出，用有机溶剂清洗干净，用玻璃片夹紧蝴蝶翅膀，在烘箱中60℃鼓风干燥。
将干燥后的蝴蝶翅膀放入高温炉中以1℃/分钟的升温速度加热至500℃并保持恒温2小时后停止加热，待炉温自然降至室温后取出。所得的白色薄片即为具有蝶翅形态精细分级结构的纳米二氧化钛光催化材料，在氙灯照射2小时后对曙红B的分解率达98％以上。
实施例3
选取生物材料巴黎翠凤蝶翅的黑色部分作为生物模板，放在质量浓度为5％稀盐酸中浸泡1小时，取出用蒸馏水充分清洗后，再浸入质量浓度为8％稀氢氧化钠溶液中，在50℃水浴浸泡1小时，取出用蒸馏水冲洗干净，接着在烘箱中50℃鼓风干燥，得到预处理好的蝴蝶翅膀。
将1mL钛酸四丁酯逐滴滴入环己烷(20mL)、油酸(20mL)和三乙胺(5mL)的混合溶液中，充分搅拌后得到浸渍液，移入反应釜中，把已预处理好的蝴蝶翅膀浸入浸渍液中，在150℃条件下保温24小时，自然冷却后把蝴蝶翅膀从反应釜中取出，用有机溶剂清洗干净，用玻璃片夹紧蝴蝶翅膀，在烘箱中60℃鼓风干燥。
将干燥后的蝴蝶翅膀放入高温炉中以5℃/分钟的升温速度加热至500℃并保持恒温1小时后停止加热，待炉温自然降至室温后取出。所得的白色薄片即为具有蝶翅形态精细分级结构的纳米二氧化钛光催化材料，在氙灯照射2小时后对曙红B的分解率达94％以上。

Claims (4)

1、一种生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)选择具有高光吸收率的蝴蝶翅膀为生物模板材料，放在质量浓度为2-15％酸溶液中浸泡1-3小时，取出用蒸馏水洗净后，再放在质量浓度为5-15％碱溶液中进行水浴浸泡，水浴浸泡的温度为50-100℃，1-3小时后取出，用蒸馏水洗净后，在50℃下鼓风干燥，得到预处理好的蝴蝶翅膀；
2)将钛酸四丁酯逐滴滴入环己烷、脂肪酸和有机胺的混合溶液中，搅拌后得到浸渍液，浸渍液中各组分的体积比为钛酸四丁酯∶环己烷∶油酸∶有机胺＝1-2∶15-25∶7-20∶3-8；将配制的浸渍液移入反应釜中，将预处理好的蝴蝶翅膀置于浸渍液中，在150℃保温24-48小时，自然冷却到室温后取出用有机溶剂清洗，在60℃下鼓风干燥；
3)将浸渍干燥后的蝴蝶翅膀放入高温炉，以1-5℃/分钟的升温速度加热至500℃，保温1-3小时后停止供热，待炉腔冷至室温后取出灼烧产物，即得到具有蝴蝶翅膀形态精细分级结构的二氧化钛光催化材料。
2、根据权利要求1的生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法，其特征在于所述的酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸中的一种或几种；所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。
3、根据权利要求1的生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法，其特征在于所述有机胺为三甲胺、三乙胺中的一种或几种；所述脂肪酸为油酸、亚油酸的一种或几种；所述有机溶剂为乙醇、乙醚、氯仿中的一种或几种。
4、根据权利要求1的生物形态精细分级结构的光催化材料的制备方法，其特征在于所述具有高光吸收率的蝴蝶翅膀为凤蝶科中的巴黎翠凤蝶的黑色翅膀。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813654A (zh) * 2010-05-07 2010-08-25 上海交通大学 精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法
CN102101059A (zh) * 2011-01-26 2011-06-22 上海交通大学 用于光催化的生物多孔结构氧化物的制备方法
CN102191489A (zh) * 2011-04-28 2011-09-21 上海交通大学 具有生物精细分级结构形态的金属材料制备方法
CN102389980A (zh) * 2011-11-28 2012-03-28 上海交通大学 包裹碳层的具有蝶翅微观结构的纳米级铁及其制备方法
CN102717613A (zh) * 2012-03-31 2012-10-10 上海交通大学 具有蝶翅微观结构的材料的制备方法、图章和压印设备
CN103567457A (zh) * 2013-10-11 2014-02-12 上海交通大学 纳米颗粒系统及其制备方法和应用
CN104525234A (zh) * 2014-12-17 2015-04-22 上海交通大学 一种石墨相氮化碳光催化材料的制备方法
CN105879871A (zh) * 2016-05-03 2016-08-24 上海交通大学 蝶翅构型等离子体金纳米棒复合光催化材料的制备方法
CN110624534A (zh) * 2019-10-21 2019-12-31 吉林建筑大学 一种生物遗态的wo3光催化剂及其制备方法和应用
CN114225946A (zh) * 2022-01-04 2022-03-25 中山大学 一种蝶翅构型Cd/CdS复合材料的制备方法及其应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4446740B2 (ja) * 2001-11-29 2010-04-07 芝浦メカトロニクス株式会社 光触媒体の製造方法
CN100595131C (zh) * 2008-04-03 2010-03-24 上海交通大学 用超声制备具有生物精细结构氧化物材料的方法
CN101491756A (zh) * 2009-03-05 2009-07-29 上海交通大学 植物分级结构二氧化钛光催化剂的制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813654A (zh) * 2010-05-07 2010-08-25 上海交通大学 精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法
CN102101059A (zh) * 2011-01-26 2011-06-22 上海交通大学 用于光催化的生物多孔结构氧化物的制备方法
CN102191489A (zh) * 2011-04-28 2011-09-21 上海交通大学 具有生物精细分级结构形态的金属材料制备方法
CN102389980A (zh) * 2011-11-28 2012-03-28 上海交通大学 包裹碳层的具有蝶翅微观结构的纳米级铁及其制备方法
CN102717613A (zh) * 2012-03-31 2012-10-10 上海交通大学 具有蝶翅微观结构的材料的制备方法、图章和压印设备
CN102717613B (zh) * 2012-03-31 2016-06-01 上海交通大学 具有蝶翅微观结构的材料的制备方法、图章和压印设备
CN103567457A (zh) * 2013-10-11 2014-02-12 上海交通大学 纳米颗粒系统及其制备方法和应用
CN104525234A (zh) * 2014-12-17 2015-04-22 上海交通大学 一种石墨相氮化碳光催化材料的制备方法
CN105879871A (zh) * 2016-05-03 2016-08-24 上海交通大学 蝶翅构型等离子体金纳米棒复合光催化材料的制备方法
CN110624534A (zh) * 2019-10-21 2019-12-31 吉林建筑大学 一种生物遗态的wo3光催化剂及其制备方法和应用
CN114225946A (zh) * 2022-01-04 2022-03-25 中山大学 一种蝶翅构型Cd/CdS复合材料的制备方法及其应用
CN114225946B (zh) * 2022-01-04 2023-06-23 中山大学 一种蝶翅构型Cd/CdS复合材料的制备方法及其应用

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