CN101723447A - 声化学—微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法 - Google Patents

Abstract

声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法，首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中得A，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中得B；向B溶液中加入分析纯的冰醋酸得C；将上述A与C溶液混合均匀置于超声波发生器超声反应结束后自然冷却到室温得D；将D倒入水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，产物通过离心收集，洗涤，干燥即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。本发明工艺设备简单，所制的粉体在可见光下照射后，其催化有机物降解的能力明显高于二氧化钛粉体。

Description

声化学—微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法

技术领域

本发明涉及钐掺杂二氧化钛粉体的制备方法，特别涉及一种声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法。

背景技术

TiO₂纳米材料具有自洁去污、易清洗、抗菌等功能，在保护公共环境，创造舒适清洁无污染的生活空间方面具有广阔的应用前景，它的光催化特性及超亲水性被日本学者誉为“光清洁革命”。但纳米TiO₂只有在紫外光条件下才具有超亲水、杀菌、分解有机物的作用，从而限制了它的使用范围，即：在非紫外光条件下纳米TiO₂没有自清洁效果。为了改善性能，许多人通过在TiO₂中掺杂其他金属离子的方式对纳米TiO₂的性能进行优化[CELIK E，YILDIZ A Y，AKAZEN N F，et al.Preparation and Characterization of Fe2O3-TiO2 ThinFilms on Glass Substrate for Photocatalytic Applications.MaterialsScience and Engineering B，2006，129：193-199.]。Sm³⁺掺杂可在钠米TiO₂晶格中引入缺陷位置或改变结晶度，减少光生电子与空穴的复合，提高催化降解效率[于向阳，程继键，杨阳等.稀土元素掺杂对TiO₂光催化性能的影响[J].华东理工大学学报，2000，26(3)：287-289.]。

目前，制备稀土掺杂二氧化钛粉体的方法主要有固相烧结法、溶胶-凝胶法[赵翠华，陈建华，王晓林，等.Al³⁺离子掺杂对负载TiO₂薄膜光催化活性的影响.环境科学与技术，2005，28(4)：30.]、化学共沉积法、胶束介质沉淀法、水热法、机械力化学合成法等等[菅盘铭，夏亚穆，李德宏，等.掺杂TiO₂纳米粉的合成表征及催化性能研究[J].催化学报，2001，22(2)：161-164.]。这些方法要么对设备要求高，比较昂贵；要么原料的利用率很小；要么工艺复杂，制备周期长，可重复性差。为了制备出光催化性能优于二氧化钛的产品，必须开发生产成本低、操作简单、产品性能好的新制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应温度低、生产效率高，能耗低，节约成本，并且操作简单，重复性好，适合大规模生产的声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶0.5-5的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶1-6的透明溶液，再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为0.05％-3％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶5-10的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶0.2-5混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在40-80℃，反应时间控制在120min-200min，超声功率选定为100-500W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式或者单纯控制压力模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；

所述的单纯控制温度模式其水热温度控制在80-180℃反应10min-60min；

所述的单纯控制压力模式其水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa反应10min-60min；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在40-80℃下干燥20h-28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。

本发明采用超声处理前驱体，微波水热二步合成法制备工艺，制备出光催化降解能力显著高于TiO₂的钐掺杂二氧化钛粉体。此方法工艺设备简单，所制的粉体在可见光下照射后，其催化有机物降解的能力明显高于二氧化钛粉体，此方法制得的钐掺杂二氧化钛粉体大小均匀，尺寸在40-200nm范围内。通过控制钐掺杂量可以制备出光催化效果显著优于二氧化钛的粉体，其催化甲基橙脱色率达到10％-85％。这种工艺制备钐掺杂二氧化钛粉体反应周期短，重复性好。这种工艺制备简单，操作方便，原料易得，制备成本较低。

具体实施方式

实施例1：1)首先，将分析纯的钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶0.5的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶1的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl₃)溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为0.05％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶5的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶0.2混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在40℃，反应时间控制在200min，超声功率选定为100W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式，水热温度控制在80℃反应60min，反应结束后自然冷却到室温；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在40℃下干燥28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。

实施例2：1)首先，将分析纯的钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶3的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶4的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl₃)溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为1.5％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶8的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶1混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在80℃，反应时间控制在120min，超声功率选定为500W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在70％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式，水热温度控制在180℃反应10min，反应结束后自然冷却到室温；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在60℃下干燥24h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。

实施例3：1)首先，将分析纯的钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶5的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶6的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl₃)溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为3％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶10的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶5混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在60℃，反应时间控制在160min，超声功率选定为300W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在80％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制压力模式进行反应，其水热压力控制在0.5MPa反应50min；反应结束后自然冷却到室温；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在80℃下干燥20h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。

实施例4：1)首先，将分析纯的钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶1的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶2的透明溶液，再将分析纯的氯化钐(SmCl₃)溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为1％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶6的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶3混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在50℃，反应时间控制在140min，超声功率选定为400W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在70％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制压力模式进行反应，其水热压力控制在4.0MPa反应20min，反应结束后自然冷却到室温；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在50℃下干燥26h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。

Claims (1)

1.声化学-微波水热二步合成钐掺杂二氧化钛粉体的方法，其特征在于：

1)首先，将分析纯的钛酸丁酯缓慢加入到无水乙醇中，不断搅拌所得混合溶液记为A，其中钛酸丁酯∶无水乙醇＝1∶0.5-5的体积比；

2)其次，将分析纯的去离子水与无水乙醇混合均匀，配制成体积比去离子水∶无水乙醇＝1∶1-6的透明溶液，再将分析纯的氯化钐溶解在此溶液中，使氯化钐的质量百分比为0.05％-3％，所得溶液记为B；

3)然后，向B溶液中缓慢加入分析纯的冰醋酸，配制成体积比冰醋酸∶溶液B＝1∶5-10的溶液，所得溶液记为C；

4)将上述A与C溶液按体积比1∶0.2-5混合均匀倒入锥形瓶，置于KQ500TDB型清洗槽式超声波发生器中，反应体系水浴温度控制在40-80℃，反应时间控制在120min-200min，超声功率选定为100-500W，反应全程均在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温，所得溶液记为D；

5)将溶液D倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80％；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入微波水热反应仪中，选择单纯控制温度模式或者单纯控制压力模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；

所述的单纯控制温度模式其水热温度控制在80-180℃反应10min-60min；

所述的单纯控制压力模式其水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa反应10min-60min；

6)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇各洗涤3次，在40-80℃下干燥20h-28h，即得最终产物钐掺杂二氧化钛粉体。