CN108529669B - 一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 - Google Patents
一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108529669B CN108529669B CN201710422159.6A CN201710422159A CN108529669B CN 108529669 B CN108529669 B CN 108529669B CN 201710422159 A CN201710422159 A CN 201710422159A CN 108529669 B CN108529669 B CN 108529669B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- solution
- deionized water
- dioxide aerogel
- aerogel
- 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.)
- Active
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 210
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 28
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 6
- -1 titanium alkoxide Chemical class 0.000 claims description 6
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical group Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000007865 diluting Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 3
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000005348 self-cleaning glass Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
- C01G23/053—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
- C01G23/0536—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts by hydrolysing chloride-containing salts
-
- 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
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- 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
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶，属于光催化材料领域，以TiCl4为钛源，低温水为溶剂，调节pH值生成白色沉淀，经过离心洗涤除去氯离子后加入双氧水生成一种黄色透明水溶液，该黄色透明水溶液经过静置、老化后用去离子水稀释成水溶液，之后采用冷冻干燥的方法除去水分，最后经过煅烧处理得到二氧化钛气凝胶，这种方法简化了二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料领域，尤其涉及一种二氧化钛气凝胶的制备方法以及通过上述制备方法制备的二氧化钛气凝胶。
背景技术
纳米二氧化钛(TiO2)具有无毒、便宜、化学稳定性好及应用范围广等优点，特别是作为光催化剂在光电转换(太阳能电池)、光化学转换(光解水产氢)、有机污染物降解、降解室内甲醛和VOCs、杀菌、消毒及绿色建筑(自清洁玻璃及抗菌陶瓷)等领域均有非常广泛的应用前景，受到广大科研工作者及产业部门的广泛兴趣。然而，从试剂应用和产业化角度考虑，单纯的纳米二氧化钛(TiO2) 的大规模应用仍存在一定的缺陷，例如：(1)纳米TiO2颗粒在实际应用过程中容易发生团聚，导致光催化活性大幅度下降；(2)纳米TiO2能带较宽，无法吸收可见光产生光电子和空穴；(3)光生电子和空穴无法及时分离，容易重新复合，导致光催化效率较低。因此，进一步改进和提高纳米TiO2光催化剂的活性及稳定性是当今研究的热点。
二氧化钛气凝胶由于其独特的纳米三维空间堆积结构，具有较高的光催化性能及稳定性，是一种有极大应用前景的高性能光催化材料，近年来TiO2气凝胶光催化剂的合成、表征及应用受到广大科研工作者的关注。
中国专利文献公告号CN1810356公开了一种高光催化活性纳米晶二氧化钛气凝胶的制备方法，主要采用四氯化钛为钛源，加入醇类有机溶剂及环氧化物，结合超临界干燥的方法制备而成。Yang et.al.(RSC Advances,2014,4,32934)以钛酸丁酯为钛源，乙醇和正己烷为交换溶剂、醋酸为催化剂和螯合剂、聚乙二醇为表面活性剂，采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛气凝胶，其表观密度为716 mg/ml。目前为止，绝大部分二氧化钛气凝胶均采用超临界干燥的方法制备，这种方法生产难度较大，成本高，不利于规模化生产。此外，由于二维结构的半导体材料具有独特的电子、几何及物理-化学特性，所以二维半导体材料的光催化性能优于纳米颗粒。然而，迄今为止，二氧化钛气凝胶均是由二氧化钛纳米颗粒随意堆积而成的三维结构。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种二氧化钛气凝胶的制备方法，采用非钛醇盐溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术制备得到的具有二维纳米片结构的TiO2气凝胶，简化二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S00：将去离子水加入至烧瓶中，不断搅拌所述去离子水且缓慢加入非钛醇盐，将所述烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至第一预设时间后停止搅拌；
S10：向所述烧瓶内缓慢滴加碱性溶液，并调节所述烧瓶内部溶液pH值为中性或碱性，所述烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为第二预设时间；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀洗涤至无氯离子；
S30：将所述白色沉淀分散在去离子水中，缓慢滴加双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为第三预设时间；
S40：在所述黄色透明溶液中加入去离子水，冷冻干燥所述溶液制得二氧化钛气凝胶前躯体，将所述二氧化钛气凝胶前躯体煅烧处理，得到二氧化钛气凝胶，煅烧时间为第四预设时间。
优选的，所述S00中，所述第一预设时间为0.5～2小时，所述第二预设时间为6～72小时。
优选的，所述S30中，所述去离子水为50～200ml，所述第三预设时间为 12～144小时。
优选的，所述S40中，所述二氧化钛气凝胶前躯体在马弗炉中煅烧，煅烧温度为400～800℃，所述第四预设时间时间为15～240分钟。
优选的，所述S40中，加入去离子水后使所述溶液中理论Ti含量配置为 0.25～10mg/ml。
优选的，所述S00中，所述去离子水温度为2～8℃，所述非钛醇盐为四氯化钛，所述去离子水与所述四氯化钛的质量比为100:0.2～100:10。
优选的，所述S30中，所述双氧水与Ti的摩尔比为3:1～20:1。
优选的，所述S10中，所述碱性溶液为摩尔浓度为5M的氨水、氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中的一种，调节所述烧瓶内部溶液pH值为7-11。
优选的，所述S20中，用所述去离子水离心洗涤所述白色沉淀5-6次，离心速度为10000rpm。
优选的，所述二氧化钛气凝胶配置为由二氧化钛组成的三维结构；所述三维结构由二维结构的二氧化钛纳米片堆叠而成。
本发明的有益效果为：
本发明提供的二氧化钛气凝胶的制备方法，以TiCl4为钛源，低温水为溶剂，调节pH值生成白色沉淀，经过离心洗涤除去氯离子后加入双氧水生成一种黄色透明水溶液，该黄色透明水溶液经过静置、老化后用去离子水稀释成水溶液，之后采用冷冻干燥的方法除去水分，最后经过煅烧处理得到二氧化钛气凝胶，这种方法简化二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。
附图说明
图1是本发明二氧化钛气凝胶的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例1提供的二氧化钛气凝胶的SEM图；
图3是本发明实施例2制备的二氧化钛气凝胶的SEM图；
图4是本发明实施例2制备的二氧化钛气凝胶的XRD谱图；
图5是本发明实施例3制备的二氧化钛气凝胶的SEM图；
图6是本发明实施例4制备的二氧化钛气凝胶及P25的可见光催化活性图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S00：将500mL 4℃去离子水加入至1000mL圆底烧瓶中，不断搅拌去离子水且缓慢加入3.6mL(6.2g)的TiCl4，将烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至1 小时后停止搅拌；
S10：向烧瓶内缓慢滴加浓度为5M的氨水溶液，并调节烧瓶内部溶液pH 值为10，烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为6～72 小时；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，离心速度为10000rpm，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀5次至无氯离子；
S30：将白色沉淀分散在100mL去离子水中，缓慢滴加28mL的双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为48小时；
S40：在黄色透明溶液中加入去离子水，稀释成理论Ti含量为5mg/ml，再将配置好的用液氮冷冻成块状，然后放到冷冻干燥机上除去水分得到干燥的二氧化钛气凝胶前躯体，将二氧化钛气凝胶前躯体在500℃下煅烧1小时可得到锐钛矿型的二氧化钛气凝胶。
图2为二氧化钛气凝胶的SEM图片，从图中可以看出气凝胶中的二氧化钛具有二维纳米片状结构，由AFM实验结果可以得知纳米片的厚度为5.0nm左右。因此，本发明所制备的二氧化钛气凝胶不仅具有气凝胶本身的三维空间结构，同时具有二维的片状结构。
实施例2
本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S00：将500mL 4℃去离子水加入至1000mL圆底烧瓶中，不断搅拌去离子水且缓慢加入1.2mL(3.07g)的TiCl4，将烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至1 小时后停止搅拌；
S10：向烧瓶内缓慢滴加浓度为5M的氨水溶液，并调节烧瓶内部溶液pH 值为10，烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为6～72 小时；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，离心速度为10000rpm，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀5次至无氯离子；
S30：将白色沉淀分散在100mL去离子水中，缓慢滴加14mL的双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为48小时；
S40：在黄色透明溶液中加入去离子水，稀释成理论Ti含量为2.5mg/ml，再将配置好的用液氮冷冻成块状，然后放到冷冻干燥机上除去水分得到干燥的二氧化钛气凝胶前躯体，将二氧化钛气凝胶前躯体在500℃下煅烧1小时可得到锐钛矿型的二氧化钛气凝胶。
图3为实施例2所制备的二氧化钛气凝胶的SEM图片，从图中可以看出二氧化钛纳米片具有较多的孔隙且纳米片发生弯曲，主要是因为实施例2的浓度较低，在老化过程中形成的空间网络结构较不密集且纳米片的厚度比较薄，因此容易发生弯曲。AFM实验结果可以测出纳米片的厚度为3.2nm。
图4是实施例2制备的二氧化钛气凝胶的XRD谱图，从谱图可以看出所制备的二氧化钛气凝胶主要是锐钛矿的晶型。
实施例3
本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S00：将500mL 4℃去离子水加入至1000mL圆底烧瓶中，不断搅拌去离子水且缓慢加入4.8mL(8.27g)的TiCl4，将烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至1 小时后停止搅拌；
S10：向烧瓶内缓慢滴加浓度为5M的氢氧化钠溶液，并调节烧瓶内部溶液 pH值为8，烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为6～ 72小时；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，离心速度为10000rpm，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀6次至无氯离子；
S30：将白色沉淀分散在150mL去离子水中，缓慢滴加42mL的双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为72小时；
S40：在黄色透明溶液中加入去离子水，稀释成理论Ti含量为5.0mg/ml，再将配置好的用液氮冷冻成块状，然后放到冷冻干燥机上除去水分得到干燥的二氧化钛气凝胶前躯体，将二氧化钛气凝胶前躯体在650℃下煅烧0.5小时可得到金红石型的二氧化钛气凝胶。
图5为实施例3所制备的二氧化钛气凝胶的SEM图片，从图中可以看出二氧化钛纳米片较密，孔隙较少且纳米片尺寸较大，主要是因为实施例3的浓度较高，在老化过程中形成的空间网络结构较密集且纳米片的尺寸较大且厚度比较厚。AFM实验结果可以测出纳米片的厚度为13.2nm。
实施例4
本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S00：将800mL 4℃去离子水加入至1000mL圆底烧瓶中，不断搅拌去离子水且缓慢加入1.2mL(3.07g)的TiCl4，将烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至1 小时后停止搅拌；
S10：向烧瓶内缓慢滴加浓度为5M的氨水溶液，并调节烧瓶内部溶液pH 值为9，烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为6～72小时；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，离心速度为10000rpm，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀5次至无氯离子；
S30：将白色沉淀分散在100mL去离子水中，缓慢滴加28mL的双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为24小时；
S40：在黄色透明溶液中加入去离子水，稀释成理论Ti含量为1.0mg/ml，再将配置好的用液氮冷冻成块状，然后放到冷冻干燥机上除去水分得到干燥的二氧化钛气凝胶前躯体，将二氧化钛气凝胶前躯体在在500℃下煅烧0.5小时可得到锐钛矿型的二氧化钛气凝胶。
二氧化钛气凝胶的光催化活性实验：取5mg二氧化钛气凝胶分散在50mL 浓度为10ppm的亚甲基蓝溶液中，在黑暗中搅拌3小时使其达到吸附-脱附平衡，随后用一个300W的氙灯(CEL-HXF300,15A)经过420nm的滤光片光照，每个半个小时取样，离心分离后取上层清液用紫外可见分光光度计检测亚甲基蓝的浓度。取5mg商品化P25纳米二氧化钛在同样条件下检测其光催化活性。实验结果如图6所示，从图中可以看出二氧化钛气凝胶具有较好的可见光催化活性，使用5mg的二氧化钛气凝胶，经过3小时的照射可以将50mL浓度为10ppm 的亚甲基蓝降解71％，而使用P25作为光催化剂则仅有不到30％的亚甲基蓝被降解。二氧化钛气凝胶具有较好的可见光催化活性主要是因为使用氨水调节pH 值经过煅烧后可产生氮参杂的TiO2(Nanoscale,2010,2,1122)，而二氧化钛气凝胶独特的二维纳米片状机构及三维空间结构有利于提高其光催化活性。
此外，经过光催化降解亚甲基蓝的二氧化钛气凝胶经过离心分离后重新循环利用，在经过10次循环利用后，二氧化钛气凝胶对亚甲基蓝的降解效率仍可以达到67％，说明二氧化钛气凝胶具有很好的稳定性，具有较高的产业化利用价值。
实施例5
本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶，由实施例1至4提供的二氧化钛气凝胶的制备方法制备而成，二氧化钛气凝胶配置为由二氧化钛组成的三维结构；三维结构由二维结构的二氧化钛纳米片堆叠而成。由于二维结构的半导体材料具有独特的电子、几何及物理-化学特性，所以二维半导体材料的光催化性能优于纳米颗粒，该二氧化钛气凝胶应用于降解有机染料，具有较高的可见光催化活性及稳定性。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S00：将去离子水加入至烧瓶中，不断搅拌所述去离子水且缓慢加入非钛醇盐，将所述烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至第一预设时间后停止搅拌；
S10：向所述烧瓶内缓慢滴加碱性溶液，并调节所述烧瓶内部溶液pH值为中性或碱性，所述烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为第二预设时间；
S20：通过离心处理得到白色沉淀，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀洗涤至无氯离子；
S30：将所述白色沉淀分散在去离子水中，缓慢滴加双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为第三预设时间；
S40：在所述黄色透明溶液中加入去离子水，冷冻干燥所述溶液制得二氧化钛气凝胶前躯体，将所述二氧化钛气凝胶前躯体煅烧处理，得到二氧化钛气凝胶，煅烧时间为第四预设时间。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：
所述第一预设时间为0.5～2小时，所述第二预设时间为6～72小时。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S30中，所述去离子水为50～200ml，所述第三预设时间为12～144小时。
4.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S40中，所述二氧化钛气凝胶前躯体在马弗炉中煅烧，煅烧温度为400～800℃，所述第四预设时间时间为15～240分钟。
5.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S40中，加入去离子水后使所述溶液中理论Ti含量配置为0.25～10mg/ml。
6.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S00中，所述去离子水温度为2～8℃，所述非钛醇盐为四氯化钛，所述去离子水与所述四氯化钛的质量比为100:0.2～100:10。
7.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S30中，所述双氧水与Ti的摩尔比为3:1～20:1。
8.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S10中，所述碱性溶液为摩尔浓度为5M的氨水、氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中的一种，调节所述烧瓶内部溶液pH值为7-11。
9.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S20中，用所述去离子水离心洗涤所述白色沉淀5-6次，离心速度为10000rpm。
10.一种二氧化钛气凝胶，由权利要求1至9任一项所述的二氧化钛气凝胶的制备方法制备而成，其特征在于：
所述二氧化钛气凝胶配置为由二氧化钛组成的三维结构；
所述三维结构由二维结构的二氧化钛纳米片堆叠而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710422159.6A CN108529669B (zh) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | 一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710422159.6A CN108529669B (zh) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | 一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108529669A CN108529669A (zh) | 2018-09-14 |
| CN108529669B true CN108529669B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=63489652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710422159.6A Active CN108529669B (zh) | 2017-06-07 | 2017-06-07 | 一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108529669B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110368942A (zh) * | 2019-08-19 | 2019-10-25 | 皇宝（福建）环保工程投资有限公司 | 过渡金属掺杂二氧化钛复合气凝胶的制备方法 |
| CN112279300B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-08-05 | 上海三棵树防水技术有限公司 | 金红石型二氧化钛气凝胶及其制备方法 |
| CN113292078A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-08-24 | 西安理工大学 | 一种二氧化钛气凝胶的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101497444A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-08-05 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种真空冷冻干燥法制备大比表面积纳米多孔材料的方法 |
| CN101898789A (zh) * | 2009-05-25 | 2010-12-01 | 张以河 | 一种高储存稳定性的中性二氧化钛溶胶及其制备方法 |
| CN104843778A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-08-19 | 大连医科大学 | 一种亲水性介孔二氧化钛气凝胶材料的制备方法 |
| CN105688874A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-22 | 河北工业大学 | 一种具有分级孔状结构的TiO2纳米粉体及其制备方法 |
-
2017
- 2017-06-07 CN CN201710422159.6A patent/CN108529669B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101497444A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-08-05 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种真空冷冻干燥法制备大比表面积纳米多孔材料的方法 |
| CN101898789A (zh) * | 2009-05-25 | 2010-12-01 | 张以河 | 一种高储存稳定性的中性二氧化钛溶胶及其制备方法 |
| CN104843778A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-08-19 | 大连医科大学 | 一种亲水性介孔二氧化钛气凝胶材料的制备方法 |
| CN105688874A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-22 | 河北工业大学 | 一种具有分级孔状结构的TiO2纳米粉体及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 冷冻干燥法制备纳米TiO2多孔材料的研究;王立久等;《新型建筑材料》;20101231;第5-10页 * |
| 溶胶-凝胶-冷冻法制备纳米TiO2及其表征;向芸等;《材料科学与工艺》;20090430;第17卷;第281-284页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108529669A (zh) | 2018-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100375650C (zh) | 低温法制备碳掺杂介孔二氧化钛可见光光催化剂 | |
| CN113663693B (zh) | 一种硫化铟锌-二氧化钛复合材料的制备方法及其在生产双氧水用于废水治理中的应用 | |
| CN105903486B (zh) | 一种z型光催化剂及其制备方法 | |
| CN111921550B (zh) | 一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法 | |
| CN101890344A (zh) | 石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备方法 | |
| CN108529669B (zh) | 一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶 | |
| CN102698727B (zh) | 一种制备高热稳定性的负载型TiO2光催化剂的方法 | |
| CN104826628A (zh) | 一种在可见光下具有高催化降解活性的石墨烯–铁掺杂TiO2纳米线的制法 | |
| CN112958061B (zh) | 一种氧空位促进直接Z机制介孔Cu2O/TiO2光催化剂及其制备方法 | |
| CN107308929A (zh) | 一种石墨烯‑纳米二氧化钛复合物光催化剂的制备方法 | |
| KR101749673B1 (ko) | 중형기공 아나타제 구형 티타늄 다이옥사이드 광촉매의 제조방법 | |
| CN112619647A (zh) | Co-MOF衍生的四氧化三钴复合二氧化钛异质结的制备方法及电解水应用 | |
| CN113441145B (zh) | 一种钛酸钡/羟基氧化铁光催化剂的制备方法 | |
| CN111841525B (zh) | 一种具有可见光响应的氧化石墨烯基光催化剂及其制备方法 | |
| CN113101980A (zh) | 一种具有可见光催化活性的TiO2/UiO-66复合材料的制备方法和应用 | |
| CN109107598A (zh) | 一种具有高光催化性能的h-BN/TiO2复合材料的制备方法 | |
| CN104923197A (zh) | 具有高效光催化性能的复合物溶胶制备方法 | |
| CN110952143B (zh) | 一种介孔单晶钛酸锶的合成方法 | |
| CN112495436A (zh) | 一种聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料及其制备方法 | |
| CN104028309A (zh) | 一种复合型可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN104307543A (zh) | 一种磷酸改性二氧化钛光催化剂的制备方法 | |
| CN113735163B (zh) | 一种含氧空位的多孔二氧化钛材料及其制备方法和应用 | |
| CN105561969A (zh) | 一种多孔TixSn1-xO2固溶体微球的制备和应用 | |
| CN107857333B (zh) | 光催化降解污染物的方法 | |
| CN110624532B (zh) | 一种TiO2-BiVO4-石墨烯三元复合光催化材料及其制备方法 |
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 |