CN108295830B - 暴露001、101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法。本发明提供的复合凝胶是一种三维网络结构，其中凝胶中的TiO2暴露了001晶面和101晶面，001晶面的暴露比例为5‑50％。本发明复合凝胶的制备方法包括：钛源水解、海泡石分散液制备、表面活性剂水溶液的制备，将上述三种混合溶液混合，进行溶剂热反应，即得到暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶。本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶结构新颖，且促进了TiO2的分散，具有强的吸附性能和光催化活性，且克服了纯TiO2粉末固液分离困难的问题，在净化领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种暴露{001}和{101}晶面的TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶基光催化剂由于其具有三维网状结构、大的比表面积和优异的吸附能力而引起了广泛关注，成为太阳能转化或环境净化的最佳候选者之一。三维网状凝胶结构有利于光的折射和反射，可以大大提高光的利用率。它还可以为分子吸附提供足够的空间，促进有效的传质。近年来，许多研究者合成了三维网络结构的TiO2/石墨烯复合凝胶(J.Hazard.Mater.205-206(2012)229-235)，Bi2WO6/石墨烯复合凝胶(App1.Catal. B：Environ.205(2017)228-237)，CuO/粘土复合凝胶(RSC Adv.6 (2016)100373-100382)和g-C3N4/SiO2(App1.Catal.B：Environ.194 (2016)105-110)复合凝胶等高效的光催化材料。其中载体材料(例如石墨烯、粘土和SiO2)被认为是复合凝胶中的骨架，光催化剂(例如 TiO2、CuO和g-C3N4)被装载在骨架上。由于载体与光催化剂协同增强的作用，使复合凝胶不仅具有纳米材料的高活性优势，而且具有块体材料易于固液分离的优势。
TiO2，自1972年日本学者Fujishima首次发现了它在紫外光下可产氢产氧，它作为高效的光催化材料已引起了广泛的关注和研究。目前 TiO2因其无毒、丰富、环保、强氧化能力和长期稳定性，被认为是降解有机污染物的明星材料。然而，宽禁带宽度(3.2eV)，电子-空穴对的高度重组以及悬浮在处理水中的TiO2粉末的难以分离限制了其应用。因此，已经提出了许多策略来提高TiO2的光催化性能，包括金属或非金属掺杂、构建三维结构水凝胶、以及调整晶面、形态/尺寸等。近年来，通过晶面调制来改善TiO2的光催化性能已取得巨大进展。研究发现在TiO2特定晶面的暴露有利于形成附加的吸附位点、优良的电子能带结构和不饱和的配位Ti原子，从而具有更高的光催化活性。特别是， TiO2不同的晶面间可以形成异质结，异质结的形成促进了光生电荷的自发分离，这能大大提高TiO2的光催化性能。但是，这种方法无法解决 TiO2的聚集问题。
海泡石(Si12O30Mg8(OH，F)4(H2O)4·8H2O)是一种典型的纤维状天然粘土矿物，其结构是由块结构和隧道结构沿纤维方向(c轴)交替连接而成。块结构是由两个四面体二氧化硅片和中心八面体氧化镁片组成，而隧道结构是由不连续的二氧化硅片搭建而成。由于其独特结构和组成使海泡石纤维具有巨大的比表面积，高孔隙率和丰富的表面羟基，强的吸附性能，这为负载催化剂提供了更多的反应位点，促进了污染物的光催化剂降解。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种暴露001、101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法，该复合凝胶的形貌是暴露{001}和{101}晶面的 TiO2纳米粒子被均匀负载在海泡石纤维上，其中TiO2纳米粒子是10-30nm 的去顶的八面体单晶。TiO2晶面的暴露有利于形成附加的吸附位点、优良的电子能带结构和不饱和配位Ti原子，从而具有更高的光催化活性，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种TiO2/海泡石复合凝胶，所述的复合凝胶中TiO2的暴露晶面包括001晶面和101晶面。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其中所述的001晶面的暴露比例为5-50％。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其中所述的复合凝胶中TiO2的晶粒粒径为10-30nm。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其中所述的复合凝胶中 TiO2/海泡石的比表面积为164.4m2/g。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其中所述的复合凝胶中包含有水和醋酸，所述的水和醋酸的总质量为复合凝胶质量的90％-99％。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，包括，钛源水解：将钛源加入到第一醋酸溶液(分析纯，质量浓度为99.9％)中，第一搅拌，得到第一混合溶液，海泡石分散液制备：将海泡石分散在第二醋酸溶液(质量浓度为50-100％，或者，质量浓度为大于等于50％小于100％) 中，得到第二混合溶液，表面活性剂水溶液的制备：将表面活性剂溶解于水中，得到第三混合溶液，将所述的第一混合溶液、第二混合溶液、第三混合溶液混合，第二搅拌，得到第四混合溶液，将所述的第四混合溶液进行溶剂热反应，得到所述的TiO2/海泡石复合凝胶，复合凝胶中TiO2的暴露晶面包括001晶面和101晶面。其中，所述的钛源包括钛酸四丁酯、四氯化钛、四异丙醇钛中的一种或两种以上的组合，所述的表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)中的一种或两种以上的组合。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的钛、醋酸(分析纯，质量浓度为99.9％)、水、海泡石、表面活性剂的质量之比为0.10-0.84∶40-140∶20-100∶0.05-1.4∶0.36-2.16。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的溶剂热反应的反应温度为100-200℃，时间为2-48h。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的钛源水解步骤中，第一搅拌的搅拌温度为20-60℃，搅拌时间为6-36h；或者，钛与醋酸(分析纯，质量浓度为99.9％)的质量比为0.14-0.58∶20-80。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的海泡石分散液制备的步骤中，所述的第二醋酸溶液为醋酸水溶液，醋酸与水的质量比为20-50∶0-50；或者，采用超声、第三搅拌，将海泡石分散在第二醋酸溶液中，所述的超声时间为0.5-2h，超声功率为100-300W，所述的第三搅拌的搅拌速率为100-400r/min，搅拌时间0.5-1h。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的表面活性剂水溶液的制备的步骤中，所述的第三混合溶液中表面活性剂与水的质量比为0.36-2.16∶20-60，优选为0.36-2.16∶30-60，溶解温度为30-60℃。
优选的，前述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其中所述的第二搅拌的搅拌时间为30-60min，搅拌温度为30-60℃，搅拌速度为40-80 r/min。
借由上述技术方案，本发明提供的一种暴露001、101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法至少具有下列优点：
1、本发明提供了一种暴露001、101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶。
本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶结构新颖。本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶的形貌是暴露001晶面和101晶面的TiO2纳米粒子被均匀负载在海泡石纤维上，其中TiO2纳米粒子是10-30nm的去顶的八面体单晶。
2、本发明提供的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶，解决了纳米TiO2易于团聚的问题，将TiO2负载在海泡石上，提高了TiO2的分散。
3、本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶，其表面积高达164.4m2/g，而纯海泡石的比表面积仅为50.6m2/g。本发明的复合凝胶的较大的比表面积使得复合凝胶具有强吸附性能和光催化性能，在净化领域具有广阔的应用前景。
4、本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶，在海泡石的强吸附性与TiO2的高光催化活性的协同作用下实现了对有机物的高效降解。
5、本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶，解决了TiO2在污水处理过程中固液分离困难的问题，且由于海泡石的廉价，大大降低了生产成本。
6、本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法简单、环保，原料来源广、生产成本低，易于实现工业化生产。
7、本发明通过调控溶剂热反应温度、表面活性剂用量和醋酸含量等参数控制凝胶的微观形貌和暴露的晶面。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶的宏观图和FESEM图；
其中，图1中a为实施例1的宏观图，图1中b为实施例1的FESEM 图。
图2为不同溶剂热反应温度的TiO2/海泡石复合凝胶的TEM图；
其中，图2中a为实施例2的TEM；图2中b为实施例3的TEM；图2中c为实施例4的TEM。
图3为本发明实施例1制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶的XRD图。
图4为实施例1和实施例3制备的TiO2/海泡石复合凝胶的HRTEM 图以及相应的快速傅里叶变换图(插图中)；
其中，图4中a为实施例1的HRTEM及相应的快速傅里叶变换图；图4中b为实施例3的HRTEM及相应的快速傅里叶变换图；
图5为本发明实施例1制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶和德固赛P25在紫外-可见光(350-780nm)照射下对甲基橙(初始浓度为20mg/L) 的光催化降解图，即随着时间的变化，甲基橙的浓度与初始浓度比值的变化图。样品在甲基橙溶液中的浓度为0.3g/L。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种暴露001、101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
需要说明的是，本发明中“001晶面的暴露比例”是指001晶面的总暴露面积与001晶面总暴露面积加上101晶面总暴露面积之和的比例。暴露 001和101面的TiO2是去顶的八面体形貌，有2个001晶面(上下底面) 和8个101晶面(侧面)，说明该TiO2001晶面的暴露比例为(2个001晶面的面积)/(2个001晶面的面积+8个101晶面的面积)。
本发明提供了一种结构新颖的TiO2/海泡石复合凝胶，具体的，本发明提供的TiO2/海泡石复合凝胶的形貌是暴露001晶面和101晶面的TiO2纳米粒子被均匀负载在海泡石纤维上，其中TiO2纳米粒子是10-30nm的去顶的八面体单晶。将TiO2负载在海泡石上，提高了TiO2的分散性能，解决了纳米TiO2易于团聚的问题；纯海泡石的比表面积仅为50.6m2/g，本发明中 TiO2/海泡石的比表面积高达164.4m2/g，因此，本发明的复合凝胶的较大的比表面积使得复合凝胶具有强吸附性能和光催化性能，在净化领域具有广阔的应用前景；同时，在海泡石的强吸附性与TiO2的高光催化活性的协同作用下实现了对有机物的高效降解。
本发明进一步提供了TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，包括，钛源水解：将钛源加入到第一醋酸溶液(分析纯99.9％)中，第一搅拌，得到第一混合溶液；海泡石分散液制备：将海泡石分散在第二醋酸溶液(浓度 50％-100％)中，得到第二混合溶液；表面活性剂水溶液的制备：将表面活性剂溶解于水中，得到第三混合溶液；将所述的第一混合溶液、第二混合溶液、第三混合溶液混合，第二搅拌，得到第四混合溶液，将所述的第四混合溶液进行溶剂热反应，得到所述的TiO2/海泡石复合凝胶，复合凝胶中 TiO2的暴露晶面包括001晶面和101晶面，其中，所述的钛源包括钛酸四丁酯、四氯化钛、四异丙醇钛中的一种或两种以上的组合，所述的表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物中的一种或两种以上的组合。
需要说明的是，本发明将钛源水解、海泡石分散液制备、表面活性剂水溶液的制备分别进行，而非限定上述三者的进行顺序，只要分别得到第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液即可。
优选的，钛源水解步骤中，第一搅拌的搅拌温度为20-60℃，搅拌时间为6-36h，钛与醋酸的质量进一步优选为0.14-0.58∶20-80。
优选的，海泡石分散液制备步骤中，第二醋酸溶液为醋酸水溶液，醋酸和水的质量比为20-50∶20-50。采用超声、第三搅拌，将海泡石分散在第二醋酸溶液中，超声时间为0.5-2h，超声功率为100-300W，第二搅拌的搅拌速率为100-400r/min，搅拌时间为0.5-1h。进一步的，钛源水解步骤中的钛与海泡石分散液制备步骤中的海泡石的质量比为0.1-0.84∶0.05-1.4；
优选的，表面活性剂水溶液的制备步骤中，表面活性剂与水的质量之比为0.36-2.16∶20-60，进一步优选为3∶250，溶解温度为30-60℃。
优选的，制备得到第四混合溶液步骤中，第二搅拌的搅拌温度为 30-60℃，搅拌时间为30-60min，搅拌时间进一步优选为40min，搅拌速率为40-80r/min。
优选的，溶剂热反应的反应温度为100-200℃，反应时间为2-48h；采用聚四氟乙烯内衬的高压反应釜进行溶剂热反应，反应釜的容积优选为 200-500ml。
本发明中，加入醋酸的总质量为溶剂总质量的30-80％，其中，溶剂包括水和醋酸。
实施例1
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸(分析纯)的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为钛酸四丁酯；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为1∶300；
(3)将CTAB在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为140℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶中001晶面的暴露比例为 15.4％(根据HRTEM结果和几何构型计算的)。
本实施例制备得到的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶的宏观图和FESEM图如图1所示，其中图1中a为实施例1的宏观图，图 1中b为实施例1的FESEM图。从图1a中，我们可以看出该复合凝胶是一种类似于圆柱状的块体结构，从图1b中我们可以看出该复合凝胶的微观形貌是由若干根纳米纤维组成纤维簇，纤维簇再交错连接成层状的网状结构，且纳米纤维表面被TiO2纳米颗粒均匀负载。
本实施例制备得到的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶 XRD图如图3所示，从图3中我们可以看出该复合凝胶中TiO2是一种高结晶度的、锐钛矿晶型的晶体，且验证了海泡石和TiO2被成功复合 (既有海泡石的特征峰也有TiO2的特征峰)。
本实施例制备得到的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶HRTEM图以及对应的快速傅里叶变换图如图4a所示，从图4a中我们可以看出海泡石纤维表面负载有大约10-30nm的去顶的八面体TiO2纳米颗粒，而理论上根据Wulff构造，锐钛矿型TiO2晶体的演化典型的成核为去顶的八面体双金字塔形貌，其暴露了八个101面和两个001面。这证实了制备的锐钛矿型TiO2纳米颗粒暴露了特定的001和101晶面。根据该HRTEM图我们做出了对应的品格条纹，0.35nm的晶格条纹间距对应于 101面，而0.47nm的晶格条纹间距对应于样品的001面，表明去顶的八面体的上下底面一定是暴露的是001面，侧面是暴露的101面。同时快速傅里叶变换结果表明该TiO2纳米颗粒暴露的晶面夹角为68.3°，这恰好与TiO2的001和101晶面的理论夹角一致，这些结果证实了TiO2确实暴露了001 和101晶面。
本实施例制备得到的暴露001和101晶面的TiO2/海泡石复合凝胶和德固赛P25在紫外-可见光(350-780nm)照射下对甲基橙(初始浓度为 20mg/L)的光催化降解图，即随着时间的变化，甲基橙的浓度与初始浓度比值的变化图。样品在甲基橙溶液中的浓度为0.3g/L。从图5中我们可以看出制备的复合凝胶在光催化降解40min后，甲基橙基本被降解完全，且相同条件下与P25相比，对甲基橙的去除效率更高效，这些结果表明制备的复合凝胶在TiO2和海泡石的协同作用下具有增强的污染物去除能力，在净化领域具有潜在的应用价值。
实施例2
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为钛酸四丁酯；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为1∶300；
(3)将CTAB在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为100℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
图2a为本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶的TEM图，从图 2a中我们可以看出一些形貌不规则的TiO2纳米粒子被负载在海泡石纳米纤维上。
实施例3
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为钛酸四丁酯；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为1∶300；
(3)将CTAB在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为160℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶中001晶面的暴露比例为 18.8％。
图2b为本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶的TEM图，从图 2b中我们可以看出当温度升高到160℃时，规则的去顶的八面体形貌的TiO2纳米粒子(10-30nm)被均匀负载在海泡石纳米纤维上。
实施例4
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为钛酸四丁酯；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为1∶300；
(3)将CTAB在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为200℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶中001晶面的暴露比例为 23.5％。
图2c为本实施例制备得到的TiO2/海泡石复合凝胶的TEM图，从图 2c中我们可以看出当温度达到200℃时，TiO2纳米颗粒呈现出更规则的去顶的八面体形貌，且晶粒尺寸为10-30nm。另外，从图2a-2c中对比发现溶剂热温度影响TiO2晶体的形成。
实施例5
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为四氯化钛；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为2∶300；
(3)将PVP在30℃下溶解于水中，其中PVP、水的质量比为9∶500；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为140℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
实施例6
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为四氯化钛；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为3∶300；
(3)将PVP在30℃下溶解于水中，其中PVP、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为140℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
实施例7
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为四氯化钛；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为3∶300；
(3)将CTAB在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为9∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为140℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
实施例8
(1)将一定量的钛源加入到醋酸溶液中，在40℃下搅拌溶解24h，其中钛、醋酸的质量比为0.28∶40，本实施例中钛源为四氯化钛；
(2)一定量海泡石在100W下超声分散于醋酸溶液中1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌0.5h，其中海泡石、醋酸的质量比为1∶300；
(3)将P123在30℃下溶解于水中，其中CTAB、水的质量比为18∶1000；
(4)将步骤(1)、(2)和(3)制备的溶液混合，在40℃下搅拌40min；
(5)将步骤(4)制备的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，溶剂热温度为140℃，溶剂热时间为24h。得到暴露001、101晶面的 TiO2/海泡石复合凝胶。
本发明在表面活性剂辅助下采用简单的溶剂热反应制备了新型的暴露{001}和{101}晶面的TiO2/海泡石复合凝胶。通过FESEM、HRTEM、XRD 等手段研究了TiO2，海泡石和TiO2/海泡石复合凝胶的形貌和结构，结果表明暴露{001}和{101}面TiO2纳米粒子被均匀地固定在海泡石纳米纤维上。通过调控溶剂热反应温度、表面活性剂用量和醋酸含量等参数控制凝胶的微观形貌和暴露的晶面。晶面的暴露有利于形成附加的吸附位点、优良的电子能带结构和不饱和配位Ti原子，从而具有更高的光催化活性。制备的复合凝胶通过吸附和原位光催化降解的协同作用，与P25相比显示出增强的污染物去除能力，并且在水净化中具有易于分离和回收的优势。少量的TiO2/海泡石复合凝胶催化剂(0.3g/L)，在紫外-可见光(350-780nm) 照射下40min内能完全降解甲基橙溶液(20mg/L)。总之，本发明为制备新型水凝胶基的光催化材料提供了新的见解，并促进了其在环境净化领域中的潜在应用。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种TiO2/海泡石复合凝胶，其特征在于：
所述的TiO2/海泡石复合凝胶中，暴露001晶面和101晶面的TiO2纳米粒子被均匀负载在海泡石纤维上，其中，TiO2纳米粒子为10-30 nm的去顶的八面体单晶；所述的复合凝胶中包含有水和醋酸，所述的水和醋酸的总质量为复合凝胶质量的90%-99%。
2.根据权利要求1所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其特征在于：所述的001晶面的暴露比例为5-50%。
3.根据权利要求1所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶，其特征在于：所述的复合凝胶的比表面积为164.4 m2/g。
4.一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，包括，
钛源水解：将钛源加入到第一醋酸溶液中，第一搅拌，得到第一混合溶液，
海泡石分散液制备：将海泡石分散在第二醋酸溶液中，得到第二混合溶液，
表面活性剂水溶液的制备：将表面活性剂溶解于水中，得到第三混合溶液，
将所述的第一混合溶液、第二混合溶液、第三混合溶液混合，第二搅拌，得到第四混合溶液，
将所述的第四混合溶液进行溶剂热反应，得到所述的TiO2/海泡石复合凝胶，复合凝胶中TiO2的暴露晶面包括001晶面和101晶面，TiO2为10-30 nm的去顶的八面体单晶；
其中，所述的钛源包括钛酸四丁酯、四氯化钛、四异丙醇钛中的一种或两种以上的组合，
所述的表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的溶剂热反应的反应温度为100-200℃，时间为2-48 h。
6.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的钛源水解步骤中，第一搅拌的搅拌温度为20-60℃，搅拌时间为6-36h。
7.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的海泡石分散液制备的步骤中，所述的第二醋酸溶液为醋酸水溶液，醋酸与水的质量比为20-50: 20-50。
8.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的海泡石分散液制备的步骤中，先进行超声，再进行第三搅拌，将海泡石分散在第二醋酸溶液中，所述的超声时间为0.5-2h，超声功率为100-300W，所述的第三搅拌的搅拌速率为100-400 r/min，搅拌时间0.5-1h。
9.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂水溶液的制备的步骤中，所述的第三混合溶液中表面活性剂与水的质量比为0.36-2.16: 20-60，溶解温度为30-60℃。
10.根据权利要求4所述的一种TiO2/海泡石复合凝胶的制备方法，其特征在于：所述的第二搅拌的搅拌时间为30-60 min，搅拌温度为30-60℃，搅拌速度为40-80 r/min。
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