CN104801264A - 一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法 - Google Patents

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江腾腾
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Abstract

一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将纳米TiO2粒子分散在含有机表面活性剂的溶液中，利用静电相互作用，将有机表面活性剂分子吸附在纳米TiO2粒子表面，形成有机包覆层；2)将有机硅酸酯加入步骤1)所得溶液中，通过水解作用在有机包覆层外覆盖SiO2层；3)分离步骤2)所得复合粒子，并进行煅烧处理，使有机包覆层分解，分解过程中产生的气体冲破SiO2层，形成介孔结构即可；本发明在纳米TiO2粒子外包裹一层无机SiO2防护层，避免纳米TiO2粒子与载体材料的直接接触；作为无机防护层的SiO2表面具有大量羟基，可方便对其表面进行修饰处理，从而使其与有机载体具有很好的结合力作用。

Description

一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，属于无机功能材料技术领域。
背景技术
随着对环境恶化给人类生活带来危害的认识以及对环境保护要求的提高，从太阳能中捕获能量直接转化成化学能，用来降解消除环境中的有机污染物，是对环境影响最小、最直接有效的“绿色”方式之一。纳米TiO2具有化学性质稳定、强氧化能力、难溶、无毒等特点，是理想的光催化剂。中国专利CN1463790、CN1459331、CN1448214、CN1450123公开了纳米TiO2具有良好的光催化性能。在光照条件下，其光催化反应可以将有机污染物、细菌以及病毒彻底降解成二氧化碳、水或者其它无机物。
由于纳米TiO2粒径小，在使用过程中存在容易造成催化剂流失、使用后难以回收等问题。为解决这一问题，将纳米TiO2负载在一定的载体材料上是拓展其应用的一种重要途径。纳米TiO2粒子在催化作用过程中会产生具有强反应活性的活性因子(例如，O2 ·、OH·及h+等)，对载体材料，特别是有机载体材料会产生光腐蚀作用，从而造成材料强度、使用寿命等方面受到影响。为克服这一缺陷，可设想在纳米TiO2粒子覆盖一层无机防护层，从而可避免纳米TiO2粒子与有机载体材料直接接触，防止有机载体材料的光腐蚀破坏。但如果纳米TiO2粒子外是致密的无机防护层，又使反应活性因子难以与反应介质接触，从而影响其光催化反应速率，降低反应效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供的一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，具体步骤为：
1)将纳米TiO2粒子高速分散在含有机表面活性剂的溶液中，由于纳米TiO2粒子表面的负电性，利用静电吸附作用，将有机表面活性剂分子吸附在纳米TiO2粒子表面，形成一层或多层有机包覆层；
2)将有机硅酸酯缓慢加入步骤1)所得溶液中，通过水解作用在有机包覆层外覆盖SiO2层；
3)分离步骤2)所得复合粒子，并在高温下煅烧处理，使有机包覆层分解，分解过程中产生的气体冲破SiO2层，形成介孔结构。
进一步，步骤1)中纳米TiO2粒子为市售，其粒径为20～50nm。
进一步，步骤1)所述有机表面活性剂为海藻酸钠、聚乙烯吡络烷酮、聚乙烯亚胺、仲烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或几种。
进一步，步骤1)所述溶液中的溶剂为乙醇、水、丙二醇、丙三醇中的一种或几种。
进一步，步骤1)的反应条件：反应温度为常温(20-25摄氏度)，搅拌转速为200～1000r/min，搅拌时间为10～30min，有机表面活性剂与纳米TiO2粒子的质量比为0.5∶1～1.5∶1。
进一步，步骤2)所述的有机硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种。
进一步，步骤2)的反应条件：有机硅酸酯在常温(20-25摄氏度)下缓慢加入，搅拌时间为10～15min，缓慢升温至50～70℃后继续反应30～60min，搅拌速率为200～1000r/min。
进一步，步骤3)的反应条件：煅烧温度为400～650℃，煅烧时间为2～5h。
与现有技术相比，本发明主要提供一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，一方面，在纳米TiO2粒子外包裹一层无机SiO2防护层，避免纳米TiO2粒子与载体材料的直接接触；另一方面，无机SiO2防护层具有多孔结构，方便反应活性因子与反应介质通过无机SiO2防护层进行介质传递，从而不影响其光催化反应活性；第三，作为无机防护层的SiO2表面具有大量羟基，可方便对其表面进行修饰处理，从而使其与有机载体具有很好的结合力作用。此外，本发明所述的原料均有规模生产、来源丰富、成本低、工艺简单、易于产业化的优点，采用完全绿色的方法合成，具有稳定性好、无机SiO2防护层中孔径大小可控的特点。
附图说明
图1是本发明实施例1中纳米TiO2粒子和不同电性高分子包覆纳米TiO2粒子的粒径分布及粒子表面Zeta电位分布图。
图2是本发明实施例1中纳米TiO2粒子的N2吸附-脱附图及孔径分布图。
图3是本发明实施例1中多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的N2吸附-脱附图及孔径分布图。
图4是本发明实施例1中多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的扫描电镜图。
图5是本发明实施例1中多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例1：
将2.0g TiO2、1.5g聚乙烯吡络烷酮加入200mL乙醇中，而后室温下进行搅拌10min，转速为500r/min，而后再加入1.5g聚苯乙烯磺酸钠，室温下继续搅拌10min；再将1.0g正硅酸丁酯和1.5g正硅酸甲酯混合液缓慢加入混合溶液中，室温下以500r/min的转速机械搅拌10min，而后温度升到60℃继续搅拌60min，充分反应。反应后冷却室温过滤，所得固体产物干燥后再600℃下煅烧3h，即可得到介孔SiO2包覆纳米TiO2的复合粒子。
由图1可知，A为粒径分布图，B为粒子表面Zeta电位图，TiO2纳米粒子的平均粒径为21.8nm，Zeta电位是-19.9mV。表面通过静电吸附正电性聚乙烯吡络烷酮(PVP)后，复合粒子平均粒径增大到44.3nm，而粒子表面Zeta电位为20.9mV。进一步吸附负电性复合物聚苯乙烯磺酸钠(PS)，复合粒子平均粒径增大到100.0nm，而粒子表面Zeta电位为-47.8mV。这种复合粒子外包覆SiO2层后，复合粒子平均粒径进一步增大到201.56nm，而粒子表面Zeta电位降为-0.12mV(接近电中性)。
由图2可知，经N2吸附-脱附图分析纯TiO2纳米粒子的比表面积为44.21m2/g，平均孔径11.47nm；由图3可知，多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的比表面积为193.15m2/g，平均孔径11.87nm。
由图4可知，多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子经扫描电镜分析，复合粒子的粒径在200～250nm，并且粒子分许比较均匀。
由图5可知，多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子经投射电镜分析，复合粒子的粒径在200～250nm，与扫描电镜分析结构一致，并且复合粒子外围具有蓬松多孔结构。
实施例2：
将2.0g TiO2、1.5g聚乙烯吡络烷酮加入200mL水和乙醇的混合溶液(体积比为1∶1)中，室温下进行机械搅拌，转速为1000r/min，时间为10min；将2.0g正硅酸乙酯缓慢加入混合溶液中，室温下以200r/min的转速机械搅拌10min，而后温度升到70℃继续搅拌30min，充分反应。反应后冷却室温过滤，所得固体产物干燥后再650℃下煅烧2h，即可得到介孔SiO2包覆纳米TiO2的复合粒子。
实施例3：
将2.0g TiO2、1.5g聚乙烯吡络烷酮加入200mL丙三醇中，室温下进行机械搅拌，转速为500r/min，时间为20min；而后再加入1.5g十二烷基磺酸钠，室温下继续搅拌10min；将2.5g正硅酸丁酯缓慢加入混合溶液中，室温下以500r/min的转速机械搅拌10min，而后温度升到60℃继续搅拌60min，充分反应。反应后冷却室温过滤，所得固体产物干燥后再500℃下煅烧3.5h，即可得到介孔SiO2包覆纳米TiO2的复合粒子。
实施例4：
将2.0g TiO2、1.0g聚乙烯亚胺加入200mL水中，室温下进行机械搅拌，转速为200r/min，时间为20min；而后再加入1.5g海藻酸钠，室温下继续搅拌10min；将1.5g正硅酸甲酯缓慢加入混合溶液中，室温下以900r/min的转速机械搅拌10min，而后温度升到50℃继续搅拌60min，充分反应。反应后冷却室温过滤，所得固体产物干燥后再400℃下煅烧5h，即可得到介孔SiO2包覆纳米TiO2的复合粒子。

Claims (8)

1.一种多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将纳米TiO2粒子分散在含有机表面活性剂的溶液中，利用静电相互作用，将有机表面活性剂分子吸附在纳米TiO2粒子表面，形成有机包覆层；
2)将有机硅酸酯加入步骤1)所得溶液中，通过水解作用在有机包覆层外覆盖SiO2层；
3)分离步骤2)所得复合粒子，并进行煅烧处理，使有机包覆层分解，分解过程中产生的气体冲破SiO2层，形成介孔结构即可。
2.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)中纳米TiO2粒子的粒径为20～50nm。
3.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)中有机表面活性剂为海藻酸钠、聚乙烯吡络烷酮、聚乙烯亚胺、仲烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)中溶液的溶剂为乙醇、水、丙二醇、丙三醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)中反应温度为常温，搅拌转速为200～1000r/min，搅拌时间为10～30min，有机表面活性剂与纳米TiO2粒子的质量比为0.5∶1～1.5∶1。
6.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤2)中有机硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤2)中有机硅酸酯在常温下加入，搅拌10～15min后升温至50～70℃，继续反应30～60min，搅拌速率为200～1000r/min。
8.根据权利要求1所述的多孔SiO2包覆纳米TiO2粒子的制备方法，其特征在于：步骤3)中煅烧温度为400-650℃，煅烧时间为2～5h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108452323A (zh) * 2017-02-21 2018-08-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种纳米复合材料及其在示踪淋巴结中的应用
CN110078118A (zh) * 2019-04-01 2019-08-02 上海产业技术研究院 一种纳米包覆二氧化钛

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1970150A (zh) * 2006-10-26 2007-05-30 浙江理工大学 非直接团聚的分散固定型纳米二氧化钛粒子的制备方法
CN101049557A (zh) * 2007-03-28 2007-10-10 浙江理工大学 一种光催化功能性涤纶纤维的制备方法
CN102773085A (zh) * 2012-06-27 2012-11-14 天津大学 促进传递型TiO2/空隙/SiO2光催化粒子及制备
CN103691391A (zh) * 2013-12-13 2014-04-02 天津工业大学 一种含钛介孔二氧化硅的制备方法
KR101444028B1 (ko) * 2013-06-12 2014-09-23 서울대학교산학협력단 폴리비닐피롤리돈의 계면흡착과 졸-겔반응을 이용한 실리카-이산화티타늄 다중 셀 중공구조 나노입자의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1970150A (zh) * 2006-10-26 2007-05-30 浙江理工大学 非直接团聚的分散固定型纳米二氧化钛粒子的制备方法
CN101049557A (zh) * 2007-03-28 2007-10-10 浙江理工大学 一种光催化功能性涤纶纤维的制备方法
CN102773085A (zh) * 2012-06-27 2012-11-14 天津大学 促进传递型TiO2/空隙/SiO2光催化粒子及制备
KR101444028B1 (ko) * 2013-06-12 2014-09-23 서울대학교산학협력단 폴리비닐피롤리돈의 계면흡착과 졸-겔반응을 이용한 실리카-이산화티타늄 다중 셀 중공구조 나노입자의 제조방법
CN103691391A (zh) * 2013-12-13 2014-04-02 天津工业大学 一种含钛介孔二氧化硅的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHENG WANG 等: "Phase-selectivity photocatalysis: a new approach in organic pollutants photodecomposition by nanovoid core(TiO2)/shell(SiO2) nanoparticles", 《COMMUNICATION》 *
SHIGERU IKEDA 等: "Encapsulation of titanium(IV) oxide particles in hollow silica for size-selective photocatalytic reactions", 《COMMUNICATION》 *
孙哲 等: "纳米粒子有机包覆研究进展", 《现代涂料与涂装》 *
苏琪映: "悬浮型核（TiO2）/壳（SiO2）结构光催化反应器制备及特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技I辑）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108452323A (zh) * 2017-02-21 2018-08-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种纳米复合材料及其在示踪淋巴结中的应用
CN110078118A (zh) * 2019-04-01 2019-08-02 上海产业技术研究院 一种纳米包覆二氧化钛

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