CN103101972B - 一种生物模板法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法 - Google Patents

Abstract

生物模版法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法，整个制备过程采用湿化学法，首先通过用乙醇和去离子水对油菜花粉进行清洗，之后再通过循环吸附反应法在钛酸丁酯的乙醇溶液中多次吸附，450°C煅烧后从而得到具有花粉特殊结构的三维介孔二氧化钛。本发明的优点是：（1）与其他方法相比（如化学气相沉积法、原子层沉积法，磁控溅射法等），该方法工艺简单，无需复杂设备和苛刻环境，成本低；（2）该方法可以方便地制备大尺寸介孔二氧化钛，作为催化剂使用时方便分离；（3）该方法可以对环境污染小，而且所得材料保持了花粉的特殊结构。

Description

一种生物模板法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法

技术领域

本发明涉及一种三维介孔二氧化钛粉体的制备方法，具体涉及一种生物模板法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法。

背景技术

三维介孔二氧化钛由于尺寸小、比表面积大，因而表面原子比例高，悬挂的化学键多，增大了纳米材料的活性，而且大量悬挂键的存在使得界面极化，而高的比表面积造成多重散射，同时具有较低的制备温度和较高的化学稳定性，使其在陶瓷、发光材料、平板显示器、太阳能电池、气敏传感器、催化剂等方面有广泛的应用。因此制备出纯度高、形貌均匀、无团聚的三维介孔二氧化钛材料一直是近年来研究的热点。

随着全球工业化的迅猛发展，环境污染问题越来越严重。治理污染，保护环境实现可持续发展已然成为全世界的共识，污染处理因此成为科研工作这的重要研究内容。半导体光催化具有降解速度快、降解完全、节能、可重复使用等优点，成为污染物处理领域引人注目的新技术。目前用作光催化剂的材料常见的有TiO₂，ZnO，SnO₂，WO₃，ZrO₂，Nb₂O₅，Fe₂O₃，SrTiO₃，BaTiO₃，CdO等氧化物，CuS，ZnS等硫化物，CdSe等硒化物以及SiC，GaP，GaAs。二氧化钛纳米材料被普遍认为具有优异的光催化活性，作为光催化剂时，通常二氧化钛只能吸收紫外光区的紫外光的能量，然而紫外光的能量仅占太阳光能量中的很小一部分(据统计约5％)，明显看出这在很大程度上限制了二氧化钛的作为光催化剂的应用。为了解决这一实质性的棘手问题，人们开始并已经尝试了各种方法，有些人试图通过合成介孔结构，来提高比表面积，以求通过增加反应位置来提高对太阳光的利用率提高其催化活性。因而制备三维介孔二氧化钛及对其光催化性能的研究有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物模板法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法为：

1)首先，将1‐2克油菜花粉溶于50‐100毫升乙醇中，密封并置于58～62℃水浴锅磁力搅拌使油菜花粉表面羟基化，离心收集，循环清洗3‐5次，将清洗后的花粉取出后置于60‐80℃下干燥得清洗后的油菜花粉；

2)其次，配制0.1‐0.2摩尔每升的钛酸丁酯的乙醇溶液作为生长液，将已清洗的油菜花粉分散到生长液，将体系密封后，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后离心清洗，60℃下干燥得粉体；

3)然后，将收集的粉体再分散到生长液中，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后再离心收集，干燥得到淡黄色粉体，如此循环三次以上；

4)最后，将已收集的粉体置于400～550℃的马弗炉中退火1～2小时，得到三维介孔二氧化钛光催化剂。

本发明步骤1)所购置花粉在乙醇溶液中清洗，使表面羟基化；步骤2)通过控制钛酸丁酯的浓度和生长时间控制材料的结构；步骤4)通过控制二氧化钛吸附循环反应次数控制二氧化钛粉体的表面包覆的厚度。

本发明全部采用湿化学法来制备三维介孔二氧化钛，包括生物模板花粉的清洗，钛酸丁酯乙醇溶液的配置，循环吸附反应法制备二氧化钛壳层。整个过程具有实验设备、环境要求低，工艺过程简单，重复性好，形貌易于控制等特点。本发明提出的方法易于控制三维介孔二氧化钛的各项形貌参数，如介孔材料的直径和孔径可以通过液相沉积的生长液的浓度和生长时间来控制，氧化钛壳层的厚度可以通过循环吸附反应的次数来控制。此外，本发明提出的方法可以很好的与光催化降解有机物相联系，反应后由于尺寸大易于回收。

附图说明

图1为花粉清洗后的扫描电镜图。

图2为本发明实施例2所制备的介孔二氧化钛光催化材料的扫描电镜照片，其中a是放大6000倍的扫描电子显微镜(SEM)照片，b是放大20000的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图3本发明实施例2所制备的介孔二氧化钛光催化材料XRD图；

图4为本发明实施例2所制备的介孔二氧化钛光催化材料的光催化罗丹明B降解曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

1)首先，将1克油菜花粉溶于100毫升乙醇中，密封并置于58℃水浴锅磁力搅拌使油菜花粉表面羟基化，离心收集，循环清洗3次，将清洗后的花粉取出后置于60℃下干燥得清洗后的油菜花粉；

2)其次，配制50毫升0.1摩尔每升的钛酸丁酯的乙醇溶液作为生长液，将已清洗的油菜花粉分散到生长液，将体系密封后，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后离心清洗，60℃下干燥得粉体；

3)然后，将收集的粉体再分散到生长液中，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后再离心收集，干燥得到淡黄色粉体，如此循环三次；

4)最后，将已收集的粉体置于400℃的马弗炉中退火1小时，得到三维介孔二氧化钛光催化剂。

实施例2：

1)首先，将1.5克油菜花粉溶于80毫升乙醇中，密封并置于60℃水浴锅磁力搅拌使油菜花粉表面羟基化，离心收集，循环清洗4次，将清洗后的花粉取出后置于70℃下干燥得清洗后的油菜花粉；

2)其次，配制60毫升0.15摩尔每升的钛酸丁酯的乙醇溶液作为生长液，将已清洗的油菜花粉分散到生长液，将体系密封后，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后离心清洗，60℃下干燥得粉体；

3)然后，将收集的粉体再分散到生长液中，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后再离心收集，干燥得到淡黄色粉体，如此循环四次；

4)最后，将已收集的粉体置于450℃的马弗炉中退火2小时，得到三维介孔二氧化钛光催化剂。

由图1可以看出清洗后的油菜花粉具有特有的结构。

由图2可以看出图中花粉作为模板在反应中变为球形，并且表面有大约100-200nm的孔与内部相连。

由图3可以看出450℃煅烧后，不仅为了除去模板，还可以使介孔二氧化钛结晶成为锐钛矿型。因而不同的煅烧温度，可以控制光催化剂的晶型。

由图4可以看出罗丹明B在563nm处的特征吸收峰随时间的推移而降低，在大约100分钟后降解90％。从而表明此方案所制备的样品具有良好的光催化活性。

实施例3：

1)首先，将2克油菜花粉溶于50毫升乙醇中，密封并置于62℃水浴锅磁力搅拌使油菜花粉表面羟基化，离心收集，循环清洗5次，将清洗后的花粉取出后置于80℃下干燥得清洗后的油菜花粉；

2)其次，配制60毫升0.2摩尔每升的钛酸丁酯的乙醇溶液作为生长液，将已清洗的油菜花粉分散到生长液，将体系密封后，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后离心清洗，60℃下干燥得粉体；

3)然后，将收集的粉体再分散到生长液中，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后再离心收集，干燥得到淡黄色粉体，如此循环三次；

4)最后，将已收集的粉体置于550℃的马弗炉中退火1小时，得到三维介孔二氧化钛光催化剂。

Claims (1)

1.生物模板法制备三维介孔二氧化钛光催化剂的方法，其特征在于：

1)首先，将1-2克油菜花粉溶于50-100毫升乙醇中，密封并置于58～62℃水浴锅磁力搅拌使油菜花粉表面羟基化，离心收集，循环清洗3-5次，将清洗后的花粉取出后置于60-80℃下干燥得清洗后的油菜花粉；

2)其次，配制0.1-0.2摩尔每升的钛酸丁酯的乙醇溶液作为生长液，将已清洗的油菜花粉分散到生长液，将体系密封后，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后离心清洗，60℃下干燥得粉体；

3)然后，将收集的粉体再分散到生长液中，置于65℃的水浴锅磁力搅拌，然后再离心收集，干燥得到淡黄色粉体，如此循环三次以上；

4)最后，将已收集的粉体置于400～550℃的马弗炉中退火1～2小时，得到三维介孔二氧化钛光催化剂。