CN104857979A - 一种纳米复合粒子制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米复合粒子制备方法，包括如下步骤：将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值；在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂；将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气；当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。本发明方法采用钛酸四正丁酯水解法，在纳米Si0₂粒子表面包覆TiO₂层，通过高温管式炉中Si0₂，Ti0₂的掺氮反应，制得新型SiO₂/TiO₂复合粉体；方法简单、成本低廉、设备要求较低、无污染，所制备的SiO₂/TiO₂纳米复合粒子，具有更优异的稳定性以及对可见光的敏感性。

Description

一种纳米复合粒子制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备方法，尤其涉及一种纳米复合粒子制备方法。

背景技术

TiO₂是一种被广泛采用的光催化剂，其中纳米TiO₂具有较强的光催化活性，但在实际应用中仍存在成本较高、光催化效率较低、光响应范围较窄和高温下粒子易团聚和失活等问题。最近的研究发现Si0₂/ TiO₂复合粉体可提高Ti0₂的光催化性能。Si0₂多孔状网络化结构提高了复合粉体吸附性能，且Si0₂增加了复合粉体表面羟基团的含量。另外，添加少量Si0₂有效地抑制了高温下TiO₂晶粒生长和锐钛矿相向金红石相的转变。更重要的是，纳米SiO₂价格低廉，能大幅降低光催化剂的制造成本。

但目前制备复合粉体工艺存在一系列问题，制造成本高、设备要求苛刻，制备的复合粉体光学特性不够灵敏等问题极大的制约了纳米复合材料的推广与应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、成本低廉、设备要求较低、无污染，所制备的SiO₂/TiO₂纳米复合粒子，具有更优异的稳定性以及对可见光的敏感性的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种纳米复合粒子制备方法，包括如下步骤：

将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值；

在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂；

将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气；

当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值步骤的具体实现如下：

将3.12～3.60g气相白碳黑超声分散于500～600ml纯水中，用36～38%的盐酸调节pH值至2.0～2.5，其中纳米SiO₂粒径小于10nm。

进一步，所述在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂步骤的具体实现如下：

在剧烈搅拌下缓慢滴加800～1000ml8～10%的钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应2～3h，过滤、洗涤，真空干燥得到水合SiO₂/TiO₂。

进一步，所述将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气步骤的具体实现如下：

将1.5～2.0g水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气，控制氨气流量为0.1m³/h，气体流量比NH₃:Ar=2:1，气体在刚玉管中停留时间为0.2～0.6s，尾气用烯酸吸收。

进一步，所述当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体步骤的具体实现如下：

当气体流速稳定后加热至400～500℃，升温速率为60～80℃/min,反应2～3h后停止加热，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。

本发明的有益效果是：方法简单、成本低廉、设备要求较低、无污染，所制备的SiO₂/TiO₂纳米复合粒子，具有更优异的稳定性以及对可见光的敏感性。

附图说明

图1为本发明一种纳米复合粒子制备方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种纳米复合粒子制备方法，包括如下步骤：

将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值；

在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂；

将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气；

当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。

实施例1：

将3.12g气相白碳黑超声分散于500ml纯水中，用36%的盐酸调节pH值至2.0，其中纳米SiO₂粒径为10nm。在剧烈搅拌下缓慢滴加800ml8%的钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应2h，过滤、洗涤，真空干燥得到水合SiO₂/TiO₂。将1.5g水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气，控制氨气流量为0.1m³/h，气体流量比NH₃:Ar=2:1，气体在刚玉管中停留时间为0.2s，尾气用烯酸吸收。当气体流速稳定后加热至400℃，升温速率为60℃/min,反应2h后停止加热，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_1.66N_0.076粉体。

实施例2：

将3.45g气相白碳黑超声分散于550ml纯水中，用37%的盐酸调节pH值至2.3，其中纳米SiO₂粒径为8nm。在剧烈搅拌下缓慢滴加900ml9%的钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应2.5h，过滤、洗涤，真空干燥得到水合SiO₂/TiO₂。将1.8g水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气，控制氨气流量为0.1m³/h，气体流量比NH₃:Ar=2:1，气体在刚玉管中停留时间为0.5s，尾气用烯酸吸收。当气体流速稳定后加热至450℃，升温速率为70℃/min,反应2.5h后停止加热，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_1.689N_0.078粉体。

实施例3：

将3.60g气相白碳黑超声分散于600ml纯水中，用38%的盐酸调节pH值至2.5，其中纳米SiO₂粒径为5nm。在剧烈搅拌下缓慢滴加1000ml10%的钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应3h，过滤、洗涤，真空干燥得到水合SiO₂/TiO₂。将2.0g水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气，控制氨气流量为0.1m³/h，气体流量比NH₃:Ar=2:1，气体在刚玉管中停留时间为0.6s，尾气用烯酸吸收。当气体流速稳定后加热至500℃，升温速率为80℃/min,反应3h后停止加热，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_1.902N_0.099粉体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种纳米复合粒子制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值；

在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂；

将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气；

当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。

2.根据权利要求1所述一种纳米复合粒子制备方法，其特征在于，所述将气相白碳黑超声分散于纯水中，用盐酸调节pH值步骤的具体实现如下：

    将3.12～3.60g气相白碳黑超声分散于500～600ml纯水中，用36～38%的盐酸调节pH值至2.0～2.5，其中纳米SiO₂粒径小于10nm。

3.根据权利要求1所述一种纳米复合粒子制备方法，其特征在于，所述在剧烈搅拌下缓慢滴加钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应，得到水合SiO₂/TiO₂步骤的具体实现如下：

   在剧烈搅拌下缓慢滴加800～1000ml8～10%的钛酸四正丁酯乙醇溶液进行熟化反应2～3h，过滤、洗涤，真空干燥得到水合SiO₂/TiO₂。

4.根据权利要求1所述一种纳米复合粒子制备方法，其特征在于，所述将水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气步骤的具体实现如下：

将1.5～2.0g水合SiO₂/TiO₂粉体放入瓷舟，推入两端密封留有进、出气口的管式炉中，从进气口通入氨气与氩气混合气，控制氨气流量为0.1m³/h，气体流量比NH₃:Ar=2:1，气体在刚玉管中停留时间为0.2～0.6s，尾气用烯酸吸收。

5.根据权利要求1所述一种纳米复合粒子制备方法，其特征在于，所述当气体流速稳定后加热反应，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体步骤的具体实现如下：

当气体流速稳定后加热至400～500℃，升温速率为60～80℃/min,反应2～3h后停止加热，在持续通气的条件下冷至室温，制得SiO₂/TiO_2-xN_x粉体。