CN103288128A - 生物模板合成片状锐钛矿型二氧化钛的方法 - Google Patents
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Abstract
生物模板合成片状锐钛矿型二氧化钛的方法，涉及多孔片状纳米晶二氧化钛催化剂的制备技术领域，本发明以某种植物花瓣为模板，利用乙醇为溶剂配置钛酸丁酯溶胶；将生物模板浸渍于溶胶中，经过烘干预晶化焙烧后，在马弗炉中煅烧，降至室温后得到片状多孔锐钛矿型二氧化钛催化剂。本发明解决二氧化钛片状材料制备过程复杂、比表面积小、催化活性低、合成工艺复杂以及成本高等问题，获得的催化剂结构特殊，性质稳定，合成工艺简单，所需设备简单，易于实现工业化。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料生产技术领域，特别涉及一种片状锐钛矿型二氧化钛的制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种价格低廉的、完全无公害且极其稳定的半导体材料，在紫外可见光的照射下价带电子被激发至导带，同时在价带上形成空穴，在催化，光降解，环境处理等领域有广阔的应用前景。通常锐钛矿型二氧化钛在低温下较为稳定，但经高温处理后，晶格中含有较多的位错和缺陷，从而产生较多的氧空位来捕获电子，具有高的催化活性。
目前模板法合成孔道结构的二氧化钛一般采用表面活性剂等作为模板剂，合成二氧化钛溶胶-凝胶，然后经热处理除去模板剂的同时而孔道结构得以保留。利用表面活性剂做模板，其成本较高，从而提高了二氧化钛光催化剂的成本，限制了其实际应用。
发明内容
本发明目的是提出一种成本较低、反应条件温和、操作简便的生物模板合成片状锐钛矿型二氧化钛的方法。
本发明以钛酸丁酯为原料，以无水乙醇为溶剂，乙酰丙酮为抑制水解剂，制成钛酸丁酯溶胶；将经洗涤、盐酸浸泡、无水乙醇脱水后的花瓣浸泡于钛酸丁酯溶胶中，再经过凝胶化，最后经过煅烧制成片状锐钛矿型二氧化钛。所制成的二氧化钛为片状结构，表面存在褶皱结构，同时存在微孔结构。
本发明经过钛酸丁酯溶胶浸泡，可使钛酸丁酯溶胶分布于花瓣的各级组织中，所制备的锐钛矿型二氧化钛具有独特的微孔结构，同时具有比表面积大，性质稳定等优点。本发明以某种植物花瓣为模板，成本较低，同时其反应条件温和，节能和对设备的要求较低，操作简便，同时与传统方法相比耗费更低等优点。
具体的操作步骤是：
1）将植物花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎；
2）将去离子水和盐酸混合配成盐酸水溶液，将剪碎后的植物花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出，利用去离子水充分洗涤，直至在洗过花瓣的去离子水中滴加硝酸银不再有白色沉淀生成为止；
3）将洗涤后的花瓣浸入80～100ml无水乙醇中待用；
4）将无水乙醇、钛酸丁酯和乙酰丙酮以100︰3.10～4.13︰0.23的体积比混合，制得钛酸丁酯溶胶，将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天；
5）取出钛酸丁酯溶胶浸泡后的花瓣，在空气氛围下凝胶化；
6）将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，获得片状锐钛矿型二氧化钛。
本发明的片状锐钛矿型二氧化钛在此制备过程中所使用的盐酸经过去离子水漂洗后均完全去除，所使用的无水乙醇，乙酰丙酮等有机物质以及花瓣均可完全去除，钛酸丁酯将全部转换为产物，所制备的片状锐钛矿型二氧化钛纯度高，结构特异，形貌完整，成品率高。
另外，本发明所述植物花瓣为直接采摘获得的广玉兰花瓣，在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻。
以上步骤2）中所述盐酸为体积浓度为36%～38%的盐酸，所述去离子水和盐酸的混合体积比为7.25～7.60︰1。
凝胶化过程所述空气氛围的温度为100℃。
附图说明
图1为本发明制备的片状锐钛矿型二氧化钛的SEM图片，可以看出该二氧化钛完整的片状结构。
图2为本发明制备的片状锐钛矿型二氧化钛的TEM图片，可以看该二氧化钛完整的片状结构。
图3为本发明制备的片状锐钛矿型二氧化钛的XRD谱图，可以看出该二氧化钛为锐钛矿型。
图4为本发明制备的片状锐钛矿型二氧化钛的孔径分布图，可以看出该二氧化钛具有微孔结构的存在。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
一、制备示例：
实施例1：
将直接采摘获得的广玉兰花瓣在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻，然后将花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎至适宜大小。
将去离子水和体积浓度为36%～38%的浓盐酸按7.25︰1的体积比配成盐酸水溶液。
将剪碎后的花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出花瓣，利用去离子水充分洗涤，直至在洗涤过花瓣的去离子水中滴加硝酸银不再有白色沉淀生成。
将洗涤后的花瓣浸入80ml无水乙醇中，待用。
以乙醇为溶剂，在100ml无水乙醇中加入3.10ml钛酸丁酯、0.24ml乙酰丙酮，配制钛酸丁酯溶胶。
将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天。
从钛酸丁酯溶胶中取出溶胶浸泡后的花瓣，在100℃的空气氛围下凝胶化。
将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，得到片状锐钛矿型二氧化钛。
实施例2
将直接采摘获得的广玉兰花瓣在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻，然后将花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎至适宜大小。
将去离子水和体积浓度为36%～38%的浓盐酸按7.60︰1的体积比配成盐酸水溶液。
将剪碎后的花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出花瓣，利用去离子水充分洗涤，直至在洗涤过花瓣的去离子水中滴加硝酸银不再有白色沉淀生成。
将洗涤后的花瓣浸入80ml无水乙醇中，待用。
以乙醇为溶剂，在100ml无水乙醇中加入3.90ml钛酸丁酯、0.18ml乙酰丙酮，配制钛酸丁酯溶胶。
将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天。
取出溶胶浸泡后的花瓣，在100℃的空气氛围下凝胶化。
将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，得到片状锐钛矿型二氧化钛.。
实施例3
将直接采摘获得的广玉兰花瓣在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻，然后将花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎至适宜大小。
将去离子水和体积浓度为36%～38%的浓盐酸按7.25︰1的体积比配成盐酸水溶液。
将剪碎后的花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出花瓣，利用去离子水充分洗涤，直至洗涤过花瓣的去离子水，滴加硝酸银不再有白色沉淀生成。
将洗涤后的瓣浸入100ml无水乙醇中。。
在100ml无水乙醇中加入3.10ml钛酸丁酯和0.24ml乙酰丙酮，配制取得钛酸丁酯溶胶。
将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天。
取出溶胶浸泡后的花瓣，在100℃的空气氛围下凝胶化。
将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，得到片状锐钛矿型二氧化钛.。
实施例4
将直接采摘获得的广玉兰花瓣在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻，然后将花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎至适宜大小。
将去离子水和体积浓度为36%～38%的浓盐酸按7.60︰1的体积比配成盐酸水溶液。
将剪碎后的花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出花瓣，利用去离子水充分洗涤，直至洗涤过花瓣的去离子水，滴加硝酸银不再有白色沉淀生成。
将洗涤后的花瓣浸入100ml无水乙醇中。
将100ml无水乙醇、3.90ml钛酸丁酯和0.18ml乙酰丙酮混合，配制钛酸丁酯溶胶。
将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天。
取出溶胶浸泡后的花瓣，在100℃的空气氛围下凝胶化。
将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，得到片状锐钛矿型二氧化钛.。
二、从图1的片状锐钛矿型二氧化钛的SEM图片可以看出：该二氧化钛完整的片状结构；从图2的片状锐钛矿型二氧化钛的TEM图片可以看：该二氧化钛完整的片状结构；从图3的片状锐钛矿型二氧化钛的XRD谱图可以看出：该二氧化钛为锐钛矿型；从图4的片状锐钛矿型二氧化钛的孔径分布图可以看出：该二氧化钛具有微孔结构的存在。
Claims (5)
1.生物模板合成片状锐钛矿型二氧化钛的方法，以钛酸丁酯为原料，以无水乙醇为溶剂，乙酰丙酮为抑制水解剂，制成钛酸丁酯溶胶；将经洗涤、盐酸浸泡、无水乙醇脱水后的植物花瓣浸泡于钛酸丁酯溶胶中，再经过凝胶化，最后经过煅烧制成片状锐钛矿型二氧化钛。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将植物花瓣洗去可见污物，晾干，剪碎；
2）将去离子水和盐酸混合配成盐酸水溶液，将剪碎后的植物花瓣浸泡在盐酸水溶液中24小时，取出，利用去离子水充分洗涤，直至在洗过花瓣的去离子水中滴加硝酸银不再有白色沉淀生成为止；
3）将洗涤后的花瓣浸入80～100ml无水乙醇中待用；
4）将无水乙醇、钛酸丁酯和乙酰丙酮以100︰3.10～4.13︰0.23的体积比混合，制得钛酸丁酯溶胶，将在乙醇中浸泡的花瓣取出，浸入钛酸丁酯溶胶中7天；
5）取出钛酸丁酯溶胶浸泡后的花瓣，在空气氛围下凝胶化；
6）将凝胶化后的花瓣放在马弗炉中煅烧，在550℃条件下保温2h，而后冷却至室温，获得片状锐钛矿型二氧化钛。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于所述植物花瓣为直接采摘获得的广玉兰花瓣，在冷冻条件下进行保存，使用前在常温条件下解冻。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述盐酸为体积浓度为36%～38%的盐酸，所述去离子水和盐酸的混合体积比为7.25～7.60︰1。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于凝胶化过程所述空气氛围的温度为100℃。
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