CN106582592B - 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 - Google Patents
一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106582592B CN106582592B CN201611144901.3A CN201611144901A CN106582592B CN 106582592 B CN106582592 B CN 106582592B CN 201611144901 A CN201611144901 A CN 201611144901A CN 106582592 B CN106582592 B CN 106582592B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- preparation
- solution
- emulsification
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 120
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 19
- QDZRBIRIPNZRSG-UHFFFAOYSA-N titanium nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Ti](O[N+]([O-])=O)(O[N+]([O-])=O)O[N+]([O-])=O QDZRBIRIPNZRSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 239000006210 lotion Substances 0.000 claims description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 claims description 16
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 15
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 14
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 10
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 claims description 8
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 claims description 8
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 6
- 238000010533 azeotropic distillation Methods 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- LSDSZZKMMNCFMR-UHFFFAOYSA-N nitric acid titanium Chemical compound [Ti].O[N+]([O-])=O LSDSZZKMMNCFMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 10
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001484 Pickering emulsion method Methods 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 7
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 6
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 235000012149 noodles Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Cosmetics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种球形核壳结构TiO2/TiO2材料及其制备方法，属于纳米复合材料领用。以硝酸钛为前驱体，结合均匀沉淀工艺和锻烧工艺制备二氧化钛实心核。通过在实心核表面采用pickering乳液方法包覆纳米二氧化钛粒子/纳米管、纳米带、纳米线，形成多孔壳层。经高温煅烧处理，得到核壳型TiO2/TiO2微球。本发明的核壳型多孔二氧化钛材料球形均匀，粒径可控。这种微球既可以用于表面活性剂，又具有UV光响应性。相比于TiO2纳米颗粒，其光催化性能更强，回收利用率高。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法。
背景技术
纳米TiO2具有光催化活性高、化学稳定性好、对人体无害等众多优点,成为一种较理想的环保型光催化剂,可广泛应用于各种有机废水处理中。然而在废水处理中现有的TiO2催化剂产品难以满足既保持高的催化活性又容易回收重复利用的要求。将纳米TiO2以壳层的方式均匀分布在大颗粒粉体(微米级)表面等载体上,相对比表面积高,分散性好,吸附点多,这种结构使光生电子和空穴的复合几率减少,对TiO2活性影响小,又可利用大载体较好的可回收性减小催化剂在废水处理中的损失。在现有的光催化剂应用体系中,这种负载型催化剂粉体初步显示出较大的优势。
目前采用市售的玻璃微球、活性炭等为载体,由于表面较光滑,使TiO2固载量有限,结合强度不高,而且密度低、质量轻,不易沉降。此外,目前报道较多的负载方法主要是溶胶-凝胶-浸渍法,该方法制备的是纳米TiO2光催化剂膜,固载量有限,相对比表面积小,吸附能力差,而影响光催化效率,同时由于TiO2的胶体性使粉体在洗涤、干燥、焙烧过程中容易团聚结块,得不到分散性良好的粒子,从而抑制TiO2充分发挥作用。即便可以得到分散性良好的粒子，该粒子处理废水时也容易在流水中流失而无法回收重复利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光催化活性高和可回收重复利用的球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法。
本发明的球形核壳型TiO2/TiO2材料，是以纳米级的TiO2颗粒构成的TiO2微球为核心，TiO2纳米管、TiO2纳米带或TiO2纳米线以壳层的方式分布在微米级TiO2微球上。
本发明利用水热法制备出二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线(纳米管、纳米带或纳米线相对纳米粒子来说在水处理过程中不易流失)，并用制得的二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线作为颗粒稳定剂制备油包水型的pickering乳液。其中的水相为硝酸钛和尿素的混合溶液。将该pickering乳液水浴加热，尿素会水解从而在水核中与硝酸钛反应产生沉淀，该沉淀锻烧后会形成TiO2实心核。该实心核与外面包裹的作为颗粒稳定剂存在的二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线会形成一种核壳结构，从而获得球形核壳型TiO2/TiO2材料。本发明在保持所得产物纳米 TiO2纳米管、纳米带、纳米线以壳层的方式均匀分布在微米级TiO2微球上,比表面积高的同时因核壳结构均为TiO2而导致二者的结合力很强,利用大载体较好的可回收性减小催化剂在废水处理中损失。同时，因纳米管、纳米带或纳米线的光催化性能优于纳米粒子而达到了提升光催化性能的目的。
一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将TiO2粉末置于盛有NaOH或KOH溶液的反应釜中，于120～300℃反应6～48h，用去离子水清洗反应产物，得到白色的二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线；
(2)将(1)中得到的产物浸没于HCl溶液中进行离子交换反应置换出Na+，然后用去离子水清洗至中性，放入干燥箱中干燥；
(3)将硝酸钛用去离子水溶解，按Ti4+浓度为0.01～10mol/L配制成溶液；选择尿素为沉淀剂，用去离水溶解，配制成溶液；
(4)将硝酸钛溶液与尿素溶液等体积比混合制水相母液；
(5)将(1)中得到的二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线与(4)所述的水相母液混合，搅拌形成悬浊液；
(6)取Triton X-100溶于液体石蜡中，搅拌，形成均匀的溶液；将(5)所述的悬浊液加入溶液中，乳化，形成Pickering乳液；
(7)将(6)所述的Pickering乳液置于油浴锅中，反应温度为60～150℃，反应时间为3～10h，得到沉淀物；
(8)将(7)所述的沉淀物经蒸馏，干燥，煅烧，得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
步骤(1)中所述的NaOH或KOH溶液的浓度优选为5～20mol/L。
步骤(2)中所述的HCl溶液的浓度优选为0.1～2mol/L。
步骤(2)中所述的离子交换反应的条件优选为：超声波20～120℃反应6～ 24h。
步骤(3)中配制成的尿素溶液的浓度优选为0.3～20mol/L。
步骤(5)中，二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线用量为：0.01-5g，水相母液用量为：0.5～30ml。
步骤(6)中，使用的Triton X-100与水相母液的体积比优选为0.06～0.25： 1。使用的液体石蜡与步骤(5)中得到的悬浊液的体积比优选为2～80：1。
步骤(6)中乳化方式包括旋转乳化和超声波乳化，旋转乳化时旋转转速优选为400～15000rpm，乳化时间为5min～3h，超声波乳化时乳化时间为0.5～ 20min。
步骤(8)中的蒸馏条件为：135～250℃共沸蒸馏1～3h；干燥条件为：在鼓风干燥箱中80℃干燥2h。煅烧条件为：在马弗炉中400～1250℃下煅烧1～4h。
本发明方法工艺简单、成本低廉，制备出光催化活性高和易回收可重复利用的球形核壳型TiO2/TiO2光催化剂。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和显著的进步：
(1)本发明选用TiO2纳米管、纳米带、纳米线附着在TiO2微球表面形成核壳结构。作为壳层的TiO2纳米管、纳米带、纳米线相比于TiO2纳米颗粒，其光催化性能更强。
(2)核壳结构是同质材料，均为TiO2，故核壳二者的结合力很强,作为壳层的 TiO2纳米管、纳米带、纳米线在废水处理中不易流失，回收重复利用率高。
(3)相比于目前一步水热合成核壳型纳米粉体本身的颗粒大小不均匀、形状不可控(有立方形和锥形出现)等缺点，Pickering乳液通过形成的纳米反应池,使沉淀反应限制在纳米反应池中进行,根据油相与水相比的不同从而实现了对颗粒大小和形貌(球形)的控制。另一方面，由于不需要水热合成，大大的减少了制备过程的危险性。
附图说明
图1是一种球形核壳型TiO2/TiO2材料的制备示意图。
图2是实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2材料的扫描电镜图。
图3是实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2材料的透射电镜图。
图4是实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2材料与P25粉末的光催化性能对比测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明提供的一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法(制备示意图见图1)，包括如下步骤：首先取商购的TiO2(P25)粉末置于盛有NaOH溶液的反应釜中于120～300℃反应6～48h，将去离子水清洗的反应产物浸没于HCl溶液中进行离子交换反应置换出Na+，再次用去离子水清洗至中性后在鼓风干燥箱中 80℃干燥2h。获得的产物与溶有硝酸钛和尿素的溶液混合形成悬浊液；该悬浊液与溶有Triton X-100的液体石蜡搅拌、混合、乳化形成Pickering乳液；随后将上述的乳液置于60～150℃的油浴锅中反应3～10h得到沉淀物，沉淀物经蒸馏、干燥、煅烧得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察球形核壳型 TiO2/TiO2材料的形貌与结构。
以罗丹明B(RhB)为模拟污染物通过紫外可见光分光光度计检测球形核壳型TiO2/TiO2材料的光催化性能(以P25作为对比)。具体实施方法如下：取5ppm 的罗丹明B(RhB)20mL置于烧杯中，加入10mm*10mm*10mm的试样，保证试样浸没于溶液中。首先进行遮光黑暗吸附10min，其次用300W紫外灯照射溶液，光源到溶液表面距离为12cm，紫外灯电流强度为18mA，每照射10min取溶液测试其浓度，直到浓度几乎不变为止。
按照上述方法进行如下实施例，实施例所用试剂如表1。
表1试剂清单
实施例1
(1)将商购的TiO2(P25)粉末2g置于盛有70ml 5.3mol/l NaOH溶液的反应釜中于140℃反应24h，用去离子水清洗反应产物，得到白色的二氧化钛纳米管前驱体。
(2)将(1)中得到的产物浸没于0.1mol/lHCl溶液中超声波1h后静置24h，然后用去离子水清洗至中性。
(3)将(2)中得到的产物在鼓风干燥箱中80℃干燥2h。
(4)将尿素和硝酸钛溶解于30ml去离子水中，按Ti4+浓度为0.5mol/L，尿素浓度为3mol/L配制成溶液；
(5)将(3)中得到的产物0.5g与(4)所述的溶液混合、磁力搅拌0.5h (500rpm)形成悬浊液；
(6)取0.1g Triton X-100溶于20ml液体石蜡中，搅拌磁力搅拌0.5h(500rpm)，形成均匀的溶液；
(7)将(5)所述的悬浊液10ml加入(6)所述的溶液中，12000rpm旋转乳化20min形成Pickering乳液；
(8)将(7)所述的乳液置于油浴锅中反应4h，反应温度为80℃，得到沉淀物；
(9)将(8)所述的沉淀物经230℃共沸蒸馏2h、鼓风干燥箱中80℃干燥 2h、马弗炉中700℃煅烧得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
实施例2
(1)将商购的TiO2(P25)粉末2g置于盛有70ml 10mol/l KOH溶液的反应釜中于220℃反应36h，用去离子水清洗反应产物，得到白色的二氧化钛纳米线前驱体。
(2)将(1)中得到的产物浸没于0.1mol/lHCl溶液中超声波1h后静置24h，然后用去离子水清洗至中性。
(3)将(2)中得到的产物在鼓风干燥箱中80℃干燥2h。
(4)将尿素和硝酸钛溶解于30ml去离子水中，按Ti4+浓度为1.0mol/L，尿素浓度为6mol/L配制成溶液；
(5)将(3)中得到的产物0.5g与(4)所述的溶液混合、磁力搅拌0.5h (500rpm)形成悬浊液；
(6)取0.1g Triton X-100溶于20ml液体石蜡中，搅拌磁力搅拌0.5h(500rpm)，形成均匀的溶液；
(7)将(5)所述的悬浊液10ml加入(6)所述的溶液中，13000rpm旋转乳化30min形成Pickering乳液；
(8)将(7)所述的乳液置于油浴锅中反应2h，反应温度为120℃，得到沉淀物；
(9)将(8)所述的沉淀物经250℃共沸蒸馏2h、鼓风干燥箱中80℃干燥2h、马弗炉中750℃煅烧得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
实施例3
(1)将商购的TiO2(P25)粉末2g置于盛有70ml 10mol/l NaOH溶液的反应釜中于260℃反应48h，用去离子水清洗反应产物，得到白色的二氧化钛纳米带前驱体。
(2)将(1)中得到的产物浸没于0.1mol/lHCl溶液中超声波1h后静置24h，然后用去离子水清洗至中性。
(3)将(2)中得到的产物在鼓风干燥箱中80℃干燥2h。
(4)将尿素和硝酸钛溶解于30ml去离子水中，按Ti4+浓度为0.5mol/L，尿素浓度为3mol/L配制成溶液；
(5)将(3)中得到的产物0.5g与(4)所述的溶液混合、磁力搅拌0.5h (500rpm)形成悬浊液；
(6)取0.1g Triton X-100溶于20ml液体石蜡中，搅拌磁力搅拌0.5h(500rpm)，形成均匀的溶液；
(7)将(5)所述的悬浊液10ml加入(6)所述的溶液中，超声波乳化2min 形成Pickering乳液；
(8)将(7)所述的乳液置于油浴锅中反应2h，反应温度为110℃，得到沉淀物；
(9)将(8)所述的沉淀物经250℃共沸蒸馏2h、鼓风干燥箱中80℃干燥2h、马弗炉中700℃煅烧得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
本发明所有实施例的球形核壳型TiO2/TiO2材料制备过程如图1所示。 Pickering乳液液滴内的水核随温度上升产生均匀沉淀生成纳米粉末，即利用 Pickering乳液特殊的结构和高温稳定性，将金属盐溶解在被油相包围的水核中，从而在水核中发生化学反应所产生的微粒呈球形；同时利用均匀沉淀在水核中制备大小均匀、复合成分分布均匀的一次纳米粉末；另外，Pickering乳液中包裹在水核外面的纳米管、纳米带、纳米线颗粒会形成壳层。随后通过对粉末前驱体进行蒸馏、洗涤、干燥和烧结等处理得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
本发明实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料的扫描电镜图如图2 所示。该颗粒球形度完好，直径约1～2um，壳层表面的细节见图中图，可发现表面壳层一根根清晰的纳米带。
本发明实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料透射电镜图如图3所示，具备很明显的核壳结构。
本发明实施例3制备的球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料与P25粉末的光催化性能对比测试结果图如图4所示。从图4中可以看出球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料试样的光降解效率明显高于P25粉末。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种球形核壳型TiO2/TiO2材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）将TiO2粉末置于盛有NaOH或KOH溶液的反应釜中，于120～300℃反应6～48h，用去离子水清洗反应产物，得到白色的二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线；
（2）将（1）中得到的产物浸没于HCl溶液中进行离子交换反应置换出Na+，然后用去离子水清洗至中性，放入干燥箱中干燥；
（3）将硝酸钛用去离子水溶解，按Ti4+浓度为0.01～10mol/L配制成溶液；选择尿素为沉淀剂，用去离水溶解，配制成溶液；
（4）将硝酸钛溶液与尿素溶液等体积比混合制水相母液；
（5）将（2）中得到的二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线与（4）所述的水相母液混合，搅拌形成悬浊液；
（6）取Triton X-100溶于液体石蜡中，搅拌，形成均匀的溶液；将（5）所述的悬浊液加入溶液中，乳化，形成Pickering乳液，使用的Triton X-100与水相母液的体积比为0.06～0.25：1，使用的液体石蜡与步骤（5）中得到的悬浊液的体积比为2～80：1；
（7）将（6）所述的Pickering乳液置于油浴锅中，反应温度为60～150℃，反应时间为3～10h，得到沉淀物；
（8）将（7）所述的沉淀物经蒸馏，干燥，煅烧，得到球形核壳型TiO2/TiO2粉末材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的NaOH或KOH溶液的浓度为5～20mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的HCl溶液的浓度为0.1～2mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的离子交换反应的条件为：超声波20～120℃反应6～24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中配制成的尿素溶液的浓度为0.3～20mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，二氧化钛纳米管、纳米带或纳米线用量为0.01-5g，水相母液用量为0.5～30ml。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中乳化方式包括旋转乳化和超声波乳化，旋转乳化时旋转转速为400～15000rpm，乳化时间为5min～3h，超声波乳化时乳化时间为0.5～20min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（8）中的蒸馏条件为：135～250℃共沸蒸馏1～3h；干燥条件为：在鼓风干燥箱中80℃干燥2h；煅烧条件为：在马弗炉中400～1250℃下煅烧1～4h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611144901.3A CN106582592B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611144901.3A CN106582592B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106582592A CN106582592A (zh) | 2017-04-26 |
| CN106582592B true CN106582592B (zh) | 2019-07-09 |
Family
ID=58801014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611144901.3A Expired - Fee Related CN106582592B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106582592B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108704634A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-26 | 南昌航空大学 | 一种TiO2纳米线上负载TiO2纳米颗粒的光催化剂的制备方法 |
| CN108940245B (zh) * | 2018-08-10 | 2020-10-23 | 大连工业大学 | 一种黑色TiO2/白色TiO2复合材料及其制备方法 |
| CN110577238B (zh) * | 2019-09-11 | 2021-09-17 | 安徽大学 | 一种具有分级结构的二氧化钛纳米纤维-纳米管及其制备方法 |
| CN114618471B (zh) * | 2022-03-22 | 2023-04-07 | 吉林大学 | 一种铕离子掺杂蛋黄状二氧化钛双功能复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101249430A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-27 | 北京理工大学 | 一种磁性纳米光催化材料制备的方法 |
| CN101391211A (zh) * | 2008-11-11 | 2009-03-25 | 中国铝业股份有限公司 | 一种氧化铝基片状二氧化钛-核/壳结构复合微球光催化剂及其制备方法 |
| CN102553557A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-11 | 河海大学 | 表面定向生长二氧化钛纳米管的空心玻璃微球的制备方法 |
| 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 |
| CN103386309A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-13 | 上海华明高技术（集团）有限公司 | 以粉煤灰空心微球为基底的光催化复合材料及其制备方法 |
| CN103771506A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 微/纳分级结构二氧化钛微球及其制备方法与应用 |
-
2016
- 2016-12-13 CN CN201611144901.3A patent/CN106582592B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101249430A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-27 | 北京理工大学 | 一种磁性纳米光催化材料制备的方法 |
| CN101391211A (zh) * | 2008-11-11 | 2009-03-25 | 中国铝业股份有限公司 | 一种氧化铝基片状二氧化钛-核/壳结构复合微球光催化剂及其制备方法 |
| CN102553557A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-11 | 河海大学 | 表面定向生长二氧化钛纳米管的空心玻璃微球的制备方法 |
| 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 |
| CN103386309A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-13 | 上海华明高技术（集团）有限公司 | 以粉煤灰空心微球为基底的光催化复合材料及其制备方法 |
| CN103771506A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 微/纳分级结构二氧化钛微球及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Pickering 乳状液的研究进展;杨飞等;《化学进展》;20090831;第21卷(第7/8期);第1418-1426页 * |
| 微乳液法制备核一壳及空心结构纳米材料的研究进展;李晖等;《材料导报》;20051130;第19卷;第177-179、183页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106582592A (zh) | 2017-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nasirian et al. | Enhancement of photocatalytic activity of titanium dioxide using non-metal doping methods under visible light: a review | |
| CN106582592B (zh) | 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 | |
| Shirsath et al. | Ultrasound assisted synthesis of doped TiO2 nano-particles: characterization and comparison of effectiveness for photocatalytic oxidation of dyestuff effluent | |
| Purabgola et al. | Graphene-based TiO2 composites for photocatalysis & environmental remediation: synthesis and progress | |
| Foo et al. | Decontamination of textile wastewater via TiO2/activated carbon composite materials | |
| Hu et al. | Ceria hollow spheres as an adsorbent for efficient removal of acid dye | |
| CN102275986A (zh) | 不同晶型二氧化钛纳米带的可控水热制备方法 | |
| CN102199004B (zh) | 表面定向生长二氧化钛纳米棒的空心玻璃微球的制备方法 | |
| Hongfei et al. | Porous TiO2-coated magnetic core-shell nanocomposites: Preparation and enhanced photocatalytic activity | |
| CN104772158A (zh) | 一种wo3/c3n4混合光催化剂的制备方法 | |
| CN104759273B (zh) | 一种原位碳掺杂中空二氧化钛可见光催化剂的制备方法 | |
| CN102302933A (zh) | 磁性氧化物空心微球/二氧化钛复合光催化剂的制备方法 | |
| CN105148955A (zh) | 一种多壁碳纳米管负载银/磷酸银核壳结构复合光催化剂的制备方法 | |
| CN103143359A (zh) | 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 | |
| CN104860350A (zh) | TiO2核-壳结构亚微米球的溶剂热合成方法 | |
| CN103601239A (zh) | 一种锐钛矿和板钛矿的混晶TiO2纳米线的制备方法 | |
| CN102502812B (zh) | 一种八面体形貌纳米二氧化钛的制备方法 | |
| CN105688874B (zh) | 一种具有分级孔状结构的TiO2纳米粉体及其制备方法 | |
| Ruban et al. | Concurrent hydrogen production and hydrogen sulfide decomposition by solar photocatalysis | |
| CN105836796A (zh) | 一种铃铛型核壳结构纳米TiO2@void@SiO2粉体的制备方法 | |
| CN107913712A (zh) | 一种二氧化钛/改性硅藻土复合材料、涂膜及其制备方法和应用 | |
| CN103601237B (zh) | 一种荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法 | |
| Liu et al. | Magnetic photocatalysts containing TiO2 nanocrystals: Morphology effect on photocatalytic activity | |
| CN101676030B (zh) | 一种制备具有核壳结构的光触媒的方法 | |
| CN101676031B (zh) | 一种具有核壳结构的光触媒及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190709 Termination date: 20211213 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |