CN103721694B - 一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法 - Google Patents

一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法。包括以下步骤：1)将钛前驱体加入碱溶液中，钛前驱体与碱溶液的体积比为1:10~25，持续搅拌1~5h；2)将步骤1)的沉淀用100~300mL水分2~6次洗涤，在40~160mL酸溶液中重新分散，搅拌10~45min；3)将步骤2)的混合物置于100~200mL具四氟内胆的水热反应釜中，150~200℃下水热反应12~36h；4)将步骤3)的沉淀水洗至上清液呈中性，干燥，得到三相混晶二氧化钛材料。本发明采用一步反应法制备晶型比例可控的三相混晶二氧化钛材料，具有方法简便、无需高温煅烧等优点。

Description

一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法
技术领域
本发明属于光催化技术，具体涉及一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法。
背景技术
半导体光催化技术已广泛应用于环境污染治理领域。在众多半导体催化剂中，二氧化钛是一种理想的环境友好型光催化剂，具有化学性质稳定、无毒、成本低等优点。二氧化钛具有多相结构，在自然界中主要以锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶相存在。通常认为锐钛矿相的光催化活性比金红石相更高。近年来研究发现两相混晶结构(金红石/锐钛矿、锐钛矿/板钛矿或金红石/板钛矿)能够有效促进光生电子与空穴的分离，提高二氧化钛的光催化活性；而三相混晶结构(金红石/锐钛矿/板钛矿)则被证明比前者具有更高的光催化活性。目前已有很多关于两相混晶二氧化钛制备方法的文献和专利报道，有关三相混晶二氧化钛制备方法只有少量文献报道，尚无专利报道。同时，由于锐钛矿、金红石和板钛矿三者的热稳定性有较大差异，通常采取高温煅烧法来合成具备混晶结构的二氧化钛材料，该方法操作复杂，能耗较大，不利于实际推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法，该方法仅需一步反应、无需高温煅烧、所得材料的光催化活性高。
一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法包括以下步骤：
1)将钛前驱体加入碱溶液中，钛前驱体与碱溶液的体积比为1:10~25，持续搅拌1~5h；
2)将步骤1)的沉淀用100~300mL水分2~6次洗涤，洗涤完成后将沉淀在40~160mL酸溶液中重新分散形成混合物，并搅拌10~45min；
3)将步骤2)的混合物置于100~200mL具四氟内胆的水热反应釜中，150~200℃下水热反应12~36h，形成新的沉淀；
4)将步骤3)的沉淀水洗至上清液呈中性，然后干燥，得到三相混晶二氧化钛材料。
所述的钛前驱体为钛酸丁酯或钛酸异丙酯。碱溶液是氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其摩尔浓度为8~12mol/L。
所述的水洗用的水为超纯水、蒸馏水、去离子水或自来水。
所述的步骤2）中的酸溶液为硝酸溶液或盐酸溶液，其摩尔浓度为0.075~1.5mol/L。
所述的步骤4）中的干燥为自然晾干或40~100℃烘干。
本发明有益效果如下：
本发明采用一步反应法，通过调节pH控制钛前驱体的水解条件，直接制备具备三相混晶结构的二氧化钛材料。该方法无需高温煅烧、简便易行。所得材料粒径小，结晶度高，锐钛矿、板钛矿与金红石型三相的晶型比例可控，在紫外光激发下对室内气态有机污染物有良好的光催化净化效果。
附图说明：
图1为实施例1制备的三相混晶二氧化钛的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得沉淀用150mL水洗涤3次，在40mL0.25mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。具体可参看图1，图1为本实施例所制备的三相混晶二氧化钛的X射线衍射(XRD)图。
实施例2：
将4.4mL钛酸异丙酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得沉淀用150mL水洗涤3次，在40mL0.25mol/L盐酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。
实施例3：
将4.4mL钛酸丁酯加入100mL8mol/L氢氧化钾溶液中，持续搅拌5h；将所得沉淀用150mL水洗涤3次，在40mL0.25mol/L盐酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。
实施例4：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL12mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得沉淀用300mL水洗涤6次，在40mL0.25mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。
实施例5：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得沉淀用100mL水洗涤2次，在40mL1.5mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于100℃下烘干即得。
实施例6：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌1h；将所得沉淀用150mL水洗涤3次，在40mL0.075mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌30min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于40℃下烘干即得。
实施例7：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得的沉淀用150mL水洗3次，在40mL0.25mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌10min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，150℃下水热反应36h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。
实施例8：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得的沉淀用150mL水洗涤3次，在160mL0.25mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌45min；将所得混合物置于200mL具四氟内胆的水热反应釜中，180℃下水热反应24h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，于50℃下烘干即得。
实施例9：
将4.4mL钛酸丁酯加入50mL10mol/L氢氧化钠溶液中，持续搅拌5h；将所得的沉淀用150mL水洗涤3次，在40mL0.25mol/L硝酸溶液中重新分散，搅拌10min；将所得混合物置于100mL具四氟内胆的水热反应釜中，200℃下水热反应12h；将所得沉淀水洗至上清液呈中性，自然晾干即得。
实施例10：
以甲苯为空气污染物的代表，试验了本发明三相混晶二氧化钛材料对气态污染物甲苯的光催化效果。甲苯的初始浓度约为3mg/m3。使用波长为254nm紫外灯作为光源。所用组件为实施例1中所制备，使用质量为20mg。待反应器中的催化剂吸附甲苯到达平衡后，开灯光照，催化120min后，甲苯降解率达94.0%，是商用催化剂P25的两倍以上。
以上实施例仅对发明做进一步的说明，而本发明的范围不受所举实施例的局限。

Claims (1)

1.一种三相混晶二氧化钛材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将钛前驱体加入碱溶液中，钛前驱体与碱溶液的体积比为1:10～25，持续搅拌1～5h；
2)将步骤1)的沉淀用100～300mL水分2～6次洗涤，洗涤完成后将沉淀在40～160mL酸溶液中重新分散形成混合物，并搅拌10～45min；
3)将步骤2)的混合物置于100～200mL聚四氟内胆的水热反应釜中，150～200℃下水热反应12～36h，形成新的沉淀；
4)将步骤3)的沉淀水洗至上清液呈中性，然后干燥，得到三相混晶二氧化钛材料；
所述的钛前驱体为钛酸丁酯或钛酸异丙酯；
所述的碱溶液是氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其摩尔浓度为8～12mol/L；
所述的水洗用的水为超纯水、蒸馏水、去离子水或自来水；
所述的酸溶液为硝酸溶液或盐酸溶液，其摩尔浓度为0.075～1.5mol/L；
所述的干燥为自然晾干或40～100℃烘干。
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