CN101696109A - 二氧化钛介孔微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机材料和功能材料的加工制备工艺领域中的一种制备掺杂C的纳米二氧化钛介孔微球的方法。以聚乙烯吡咯烷酮为修饰剂和碳源，将一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮水溶液和硫酸钛水溶液混合均匀。然后将混合水溶液按一定比例加入到丙酮中，经过反应、分离干燥、煅烧后，得到C掺杂的纳米二氧化钛介孔微球。
Description
技术领域：
本发明涉及一种C掺杂纳米二氧化钛介孔微球的制备方法，属于无机材料和功能材料制备工艺技术领域。
技术背景：
TiO2是当前最有应用潜力的一种光催化剂，但是存在对太阳光的利用率低、光生电子-空穴容易复合等问题，针对上述局限性对二氧化钛进行改性以拓宽其光响应范围，提高其光催化效率是目前纳米二氧化钛的研究重点。
近几年来，人们对于锐钛矿纳米TiO2的改性研究投入了大量精力，其中采用非金属元素掺杂锐钛矿纳米TiO2的研究比较活跃。TiO2具有较宽的能带间隙，只能在小于380nm的紫外光区域才能产生光生电子-空穴对，而对可见光几乎没有响应，若在TiO2中掺杂非金属元素能够改变TiO2的能带结构，使其吸收带边界发生红移，在可见光范围扩大光吸收，从而获得较好的可见光催化活性。目前用来改性TiO2的非金属元素主要有C、N、S和卤族元素等。掺杂的手段可以通过气相沉积、恒压电场阳极化、超临界流体等，只是这些方法实施起来都比较麻烦，对实验设备及制备条件要求都比较高。对于掺杂C、N、S等非金属元素的纳米TiO2来说，研制工艺简单、成本低廉的制备技术仍面临挑战。
发明内容：
本发明的C掺杂纳米二氧化钛介孔微球的制备方法不需要特殊工艺对纳米二氧化钛进行元素掺杂，而是在形成纳米二氧化钛的过程中同时完成C元素的掺杂，C元素来自表面活性剂，不需要额外增加掺杂源。该方法适用性广泛、条件温和、工艺简单，易于工业化生产。
本发明制备空心球的方法包括以下步骤：
先将Ti(SO4)2溶于水中得到浓度为0.1～1mol·L-1的水溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)搅拌溶解，PVP与Ti(SO4)2的质量比为1∶2～1∶10。
在磁力搅拌下，取上述水溶液加入丙酮中，得到含有钛源颗粒的白色悬浮液。水溶液与丙酮的体积比为1∶5～1∶10。
将上述悬浮液转移到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行反应。温度范围100～140℃，反应时间2～10小时，固液分离得到前躯体沉淀物。
将前躯体沉淀物用水洗涤3次，在60℃干燥后在马弗炉中于400℃煅烧2h，得到最终产品。
本发明所制得的介孔微球由纳米二氧化钛颗粒组成，比表面积为150～200m2/g，介孔微球直径50-70nm，分布范围窄，分散良好，纳米二氧化钛颗粒为2～5nm，介孔的孔径5nm左右。样品的吸收边明显红移到可见光区(420nm)。
具体实施方法：
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
先将Ti(SO4)2溶于水中得到浓度为0.5mol·L-1的水溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)搅拌溶解，PVP与Ti(SO4)2的质量比为1∶2。在磁力搅拌下，取上述水溶液加入丙酮中，得到含有钛源颗粒的白色悬浮液。水溶液与丙酮的体积比为1∶10。将上述悬浮液转移到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行反应。反应温度120℃，反应时间6小时，固液分离得到前躯体沉淀物。将前躯体沉淀物用水洗涤3次，在60℃干燥后在马弗炉中于400℃煅烧2h，得到最终产品。所制得的介孔微球由纳米二氧化钛颗粒组成，比表面积为150m2/g，介孔微球直径50-70nm。
实施例2：
先将Ti(SO4)2溶于水中得到浓度为0.5mol·L-1的水溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)搅拌溶解，PVP与Ti(SO4)2的质量比为1∶5。在磁力搅拌下，取上述水溶液加入丙酮中，得到含有钛源颗粒的白色悬浮液。水溶液与丙酮的体积比为1∶10。将上述悬浮液转移到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行反应。反应温度120℃，反应时间6小时，固液分离得到前躯体沉淀物。将前躯体沉淀物用水洗涤3次，在60℃干燥后在马弗炉中于400℃煅烧2h，得到最终产品。所制得的介孔微球由纳米二氧化钛颗粒组成，比表面积为200m2/g，介孔微球直径50-70nm，分布范围窄，分散良好，纳米二氧化钛颗粒为2～5nm，介孔的孔径5nm左右。样品的吸收边明显红移到可见光区(420nm)。
实施例3：
先将Ti(SO4)2溶于水中得到浓度为0.5mol·L-1的水溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)搅拌溶解，PVP与Ti(SO4)2的质量比为1∶10。在磁力搅拌下，取上述水溶液加入丙酮中，得到含有钛源颗粒的白色悬浮液。水溶液与丙酮的体积比为1∶10。将上述悬浮液转移到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行反应。反应温度120℃，反应时间6小时，固液分离得到前躯体沉淀物。将前躯体沉淀物用水洗涤3次，在60℃干燥后在马弗炉中于400℃煅烧2h，得到最终产品。所制得的介孔微球由纳米二氧化钛颗粒组成，比表面积为180m2/g，介孔微球直径50-70nm。
Claims (5)
1.一种制备二氧化钛介孔微球的方法，其特征在于：以聚乙烯吡咯烷酮为修饰剂和碳源，以硫酸钛为钛源。先将一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮水溶液和硫酸钛水溶液混合均匀。然后将混合水溶液按一定比例加入到丙酮中，经过反应、分离、洗涤、干燥、煅烧后，得到C掺杂的纳米二氧化钛介孔微球。
2.如权利要求1所述的掺杂C的纳米二氧化钛介孔微球的制备方法，其特征在于：Ti(SO4)2水溶液的浓度为0.1～1mol·L-1，PVP与Ti(SO4)2的质量比为1∶2～1∶10。
3.如权利要求1所述的掺杂C的纳米二氧化钛介孔微球的制备方法，其特征在于：混合水溶液加入丙酮中，水溶液与丙酮的体积比为1∶5～1∶10。
4.如权利要求1所述的掺杂C的纳米二氧化钛介孔微球的制备方法，其特征在于：反应在有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行，温度范围60～180℃，反应时间1～24小时，固液分离得到前躯体沉淀物。将前躯体沉淀物洗涤、干燥、煅烧，得到最终产品。
5.如权利要求1所述的掺杂C的纳米二氧化钛介孔微球的制备方法，其特征在于：无需外加掺杂剂，碳源来自修饰剂聚乙烯吡咯烷酮。
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