RU2408427C1 - Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst - Google Patents

Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst Download PDF

Info

Publication number
RU2408427C1
RU2408427C1 RU2009127551/04A RU2009127551A RU2408427C1 RU 2408427 C1 RU2408427 C1 RU 2408427C1 RU 2009127551/04 A RU2009127551/04 A RU 2009127551/04A RU 2009127551 A RU2009127551 A RU 2009127551A RU 2408427 C1 RU2408427 C1 RU 2408427C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
titanium dioxide
tioso
anataz
titanyl sulfate
Prior art date
Application number
RU2009127551/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Алексеевна Зверева (RU)
Ирина Алексеевна Зверева
Булат Рахметович Чурагулов (RU)
Булат Рахметович Чурагулов
Владимир Константинович Иванов (RU)
Владимир Константинович Иванов
Александр Евгеньевич Баранчиков (RU)
Александр Евгеньевич Баранчиков
Алексей Сергеевич Шапорев (RU)
Алексей Сергеевич Шапорев
Александр Борисович Миссюль (RU)
Александр Борисович Миссюль
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет
Priority to RU2009127551/04A priority Critical patent/RU2408427C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2408427C1 publication Critical patent/RU2408427C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of photocatalysts. Proposed method consists in preparing water solution of titanyl sulphate with concentration of 0.1-1.0 mol/l, adding acid thereto obtain concentration of 0.15-1 mol/l, hydrolysis of obtained solution in hydrothermal conditions at 100-250°C for 0.5-24 h, and drying of produced suspension of porous titanium dioxide.
EFFECT: production of porous photocatalyst with high specific surface and photocatalytic ctivity.
5 cl, 5 tbl, 8 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к составу и структуре пористых дисперсных материалов на основе диоксида титана, а также к способам и составам полупродуктов для получения таких материалов. Пористые дисперсные материалы могут быть использованы как катализаторы фотохимических реакций на химических предприятиях, в частности, для получения молекулярного водорода как топлива для транспортных средств, для очистки воздуха и воды от вредных органических соединений путем гетерогенного фотокаталитического окисления упомянутых соединений до образования безопасных для здоровья человека продуктов.The invention relates to the composition and structure of porous dispersed materials based on titanium dioxide, as well as to methods and compositions of intermediates for obtaining such materials. Porous dispersed materials can be used as catalysts for photochemical reactions in chemical plants, in particular, for the production of molecular hydrogen as a fuel for vehicles, for the purification of air and water from harmful organic compounds by heterogeneous photocatalytic oxidation of these compounds to form products that are safe for human health.

Известно [1], что наибольшей каталитической активностью обладают фотокатализаторы, состоящие из кристаллических частиц с высокой удельной поверхностью (малым размером частиц).It is known [1] that photocatalysts consisting of crystalline particles with a high specific surface (small particle size) possess the highest catalytic activity.

Известен способ получения диоксида титана гидролизом TiOSO4 [2-4]. Этот способ приводит к получению непористых частиц размером от 300 нм до 8.5 мкм, непригодных для использования в качестве фотокатализаторов.A known method of producing titanium dioxide by hydrolysis of TiOSO 4 [2-4]. This method leads to the production of non-porous particles ranging in size from 300 nm to 8.5 μm, unsuitable for use as photocatalysts.

Известен способ получения частиц TiO2 размером менее 100 нм для фотокаталитических процессов из алкоксидов титана [5-6]. Однако их получение представляет собой отдельную задачу, а хранение требует специальных условий. Кроме того, содержание кристаллической фазы в полученном продукте составляет около 50%, что приводит к потере фотокаталитической активности.A known method of producing particles of TiO 2 with a size of less than 100 nm for photocatalytic processes from titanium alkoxides [5-6]. However, their receipt is a separate task, and storage requires special conditions. In addition, the content of the crystalline phase in the resulting product is about 50%, which leads to a loss of photocatalytic activity.

Известен способ получения золя на основе TiO2 [7] гидролизом TiOSO4. Этот метод заключается в гидролизе TiOSO4 с помощью 10-200 моль воды в расчете на моль TiOSO4, добавлении кислоты до рН 0.1-2.5, выращивании кристаллов TiO2 в гидротермальных условиях при 80-210°С в течение 1-48 часов, добавлении нелетучего органического растворителя и удалении воды с помощью насадки Дина-Старка. Этот способ был выбран в качестве прототипа.A known method of producing sols based on TiO 2 [7] by hydrolysis of TiOSO 4 . This method consists in the hydrolysis of TiOSO 4 using 10-200 mol of water per mol of TiOSO 4 , adding acid to pH 0.1-2.5, growing TiO 2 crystals under hydrothermal conditions at 80-210 ° C for 1-48 hours, adding non-volatile organic solvent and water removal using a Dean-Stark nozzle. This method was selected as a prototype.

Недостатком прототипа является получение частиц оксида титана размером 80-200 нм, что не позволяет существенно повысить фотокаталитическую активность по сравнению с традиционными фотокатализаторами на основе диоксида титана. Кроме того, предложенные в прототипе условия гидротермальной обработки (до 48 часов) экономически неэффективны.The disadvantage of the prototype is to obtain particles of titanium oxide with a size of 80-200 nm, which does not significantly increase the photocatalytic activity compared to traditional photocatalysts based on titanium dioxide. In addition, the conditions of hydrothermal treatment (up to 48 hours) proposed in the prototype are economically inefficient.

Заявленное изобретение позволяет понизить размер получаемых частиц до 10-60 нм без потери кристалличности и, таким образом, технический результат изобретения состоит в получении более эффективного фотокатализатора.The claimed invention allows to reduce the size of the resulting particles to 10-60 nm without loss of crystallinity and, thus, the technical result of the invention is to obtain a more efficient photocatalyst.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе на основе приготовления водного раствора сульфата титанила и его гидротермальной обработке в соответствии с изобретением концентрация сульфата титанила в водном растворе составляет 0,1-1,0 моль/л, в раствор добавляют кислоту до получения концентрации 0,15-1 моль/л, раствор подвергают гидролизу в гидротермальных условиях при температуре в диапазоне 100-250°C в течение 0,5-24 часа, после чего полученную суспензию пористого диоксида титана высушивают.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive method, on the basis of the preparation of an aqueous solution of titanyl sulfate and its hydrothermal treatment in accordance with the invention, the concentration of titanyl sulfate in an aqueous solution is 0.1-1.0 mol / l, acid is added to the solution to obtain a concentration 0.15-1 mol / L, the solution is hydrolyzed under hydrothermal conditions at a temperature in the range of 100-250 ° C for 0.5-24 hours, after which the resulting suspension of porous titanium dioxide is dried.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве кислоты используют раствор серной кислоты.In addition, the indicated technical result is achieved in that a solution of sulfuric acid is used as the acid.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что пористый диоксид титана выделяют центрифугированием.In addition, this technical result is achieved in that the porous titanium dioxide is isolated by centrifugation.

Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что пористый диоксид титана очищают от маточного раствора с помощью дистиллированной воды.In addition, the specified technical result is achieved in that the porous titanium dioxide is purified from the mother liquor using distilled water.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что пористый диоксид титана высушивают на воздухе при 60-70°С.In addition, this technical result is achieved in that the porous titanium dioxide is dried in air at 60-70 ° C.

Фотокатализатор на основе диоксида титана получается гидролизом подкисленного раствора сульфата титанила в гидротермальных условиях. Для этого готовят водный раствор, содержащий 0,1-1 моль/л TiOSO4 и 0,15-1 моль/л кислоты, после чего проводят гидротермальную обработку при температуре 100-250°С в течение 0,5-24 часов.A titanium dioxide based photocatalyst is obtained by hydrolysis of an acidified titanyl sulfate solution under hydrothermal conditions. To do this, prepare an aqueous solution containing 0.1-1 mol / L TiOSO 4 and 0.15-1 mol / L acid, and then carry out hydrothermal treatment at a temperature of 100-250 ° C for 0.5-24 hours.

Кроме того, повышение фотокаталитической активности получаемого материала достигается за счет увеличения площади поверхности, вызванного образованием в условиях получения пор размером 1-4 нм.In addition, an increase in the photocatalytic activity of the obtained material is achieved by increasing the surface area caused by the formation of pores of 1-4 nm in size under conditions of production.

На базе Санкт-Петербургского государственного университета были проведены исследования в разных режимах и на их основе ниже приведены конкретные примеры реализации.On the basis of St. Petersburg State University, studies were conducted in different modes and based on them specific examples of implementation are given below.

Пример 1.Example 1

Получение пористого оксида титана из раствора сульфата титанила, стабилизированного добавкой серной кислоты.Obtaining porous titanium oxide from a solution of titanyl sulfate stabilized by the addition of sulfuric acid.

Раствор TiOSO4 (1M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде с добавлением значительного количества серной кислоты (4М). Раствор разбавляли дистиллированной водой до заданных концентраций и подвергали гидротермальной обработке. Серная кислота оказывает на растворы сульфата титанила стабилизирующее действие - они становятся более устойчивыми, и в течение продолжительного времени из них не выпадает осадок гидратированного диоксида титана.A solution of TiOSO 4 (1M) was prepared by dissolving titanyl sulfate in distilled water with the addition of a significant amount of sulfuric acid (4M). The solution was diluted with distilled water to predetermined concentrations and subjected to hydrothermal treatment. Sulfuric acid has a stabilizing effect on solutions of titanyl sulfate - they become more stable, and for a long time hydrated titanium dioxide does not precipitate from them.

Гидротермальный синтез нанокристаллических оксидных порошков проводился методом высокотемпературного гидролиза водных растворов сульфата титанила. Гидротермальный синтез проводили в изотермическом режиме при температуре 250°С, в течение 6 часов при давлении насыщенного пара воды. При проведении синтезов степень заполнения ячейки составляла 75%. По окончании эксперимента автоклав извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения из автоклава извлекали тефлоновую ячейку, на дне которой находился осадок продукта синтеза. Полученный продукт выделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°С.The hydrothermal synthesis of nanocrystalline oxide powders was carried out by the method of high-temperature hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate. Hydrothermal synthesis was carried out in isothermal mode at a temperature of 250 ° C for 6 hours at a pressure of saturated steam of water. During the synthesis, the degree of filling of the cell was 75%. At the end of the experiment, the autoclave was removed from the furnace and cooled to room temperature. After cooling, a Teflon cell was removed from the autoclave, at the bottom of which there was a precipitate of the synthesis product. The resulting product was isolated by centrifugation, washed repeatedly with distilled water, and then dried in air at a temperature of 60 ° C.

По данным рентгенофазового анализа все образцы содержали только кристаллическую метастабильную фазу анатаза с размером ОКР от 15 до 60 нм. На Фиг.1 приведены характерные рентгенограммы для образцов, синтезированных гидротермальным методом из раствора TiOSO4, предварительно стабилизированного серной кислотой: 1 - 0.25М; 2 - 0,5М; 3 - 0,25М+0,5М H2SO4; 4 - 0,5М+0,5М H2SO4; 5 - 0,25М+1M H2SO4; 6 - 0,5М+1M H2SO4.According to x-ray phase analysis, all samples contained only a crystalline metastable anatase phase with a CSR size of 15 to 60 nm. Figure 1 shows typical x-ray diffraction patterns for samples synthesized by the hydrothermal method from a TiOSO 4 solution previously stabilized with sulfuric acid: 1 - 0.25 M; 2 - 0.5M; 3 - 0.25 M + 0.5 M H 2 SO 4 ; 4 - 0.5 M + 0.5 M H 2 SO 4 ; 5 - 0.25M + 1M H 2 SO 4 ; 6 - 0.5M + 1M H 2 SO 4 .

По результатам определения размеров ОКР образцов, синтезированных из раствора TiOSO4, предварительно стабилизированного серной кислотой, образец, полученный гидротермальным синтезом из 0,5М раствора TiOSO4, характеризуется размерами ОКР 60±6 нм. При синтезе из более разбавленного (0,25М) раствора TiOSO4 размеры ОКР полученного образца практически не меняются и составляют 54±5 нм. При дальнейшем снижении концентрации раствора сульфата титанила до 0,15М размеры ОКР полученного образца уменьшаются до 22±2 нм.According to the results of determining the CSR sizes of samples synthesized from a TiOSO 4 solution, previously stabilized with sulfuric acid, a sample obtained by hydrothermal synthesis from a 0.5 M TiOSO 4 solution is characterized by a CSR size of 60 ± 6 nm. When synthesizing from a more diluted (0.25 M) TiOSO 4 solution, the CSR sizes of the obtained sample practically do not change and amount to 54 ± 5 nm. With a further decrease in the concentration of titanyl sulfate solution to 0.15 M, the CSR sizes of the obtained sample decrease to 22 ± 2 nm.

При добавлении к исходному стабилизированному раствору TiOSO4 различных количеств серной кислоты (концентрация добавленной H2SO4 - 0,5М и 1М) и последующем гидротермальном синтезе в аналогичных условиях в случае 0,5М раствора TiOSO4 какого-либо изменения размеров ОКР образцов не фиксируется. Размеры ОКР для данных образцов оказались равными 57±6 нм (см. табл.1). Аналогичная ситуация наблюдается при синтезе нанокристаллического диоксида титана из 0,25М раствора TiOSO4 с добавлением различных количеств серной кислоты: в обоих случаях размеры ОКР полученных образцов составляют 55±5 нм (табл.1).When various amounts of sulfuric acid are added to the initial stabilized TiOSO 4 solution (the concentration of added H 2 SO 4 is 0.5 M and 1 M) and subsequent hydrothermal synthesis under similar conditions, in the case of a 0.5 M TiOSO 4 solution, no change in the size of the CSR samples is detected . The CSR sizes for these samples turned out to be 57 ± 6 nm (see Table 1). A similar situation is observed in the synthesis of nanocrystalline titanium dioxide from a 0.25 M TiOSO 4 solution with the addition of various amounts of sulfuric acid: in both cases, the CSR sizes of the obtained samples are 55 ± 5 nm (Table 1).

При синтезе из более разбавленного (0,15М) раствора TiOSO4 при увеличении концентрации добавленной серной кислоты от 0,5М до 1М происходит увеличение размеров ОКР от 43±4 до 54±5 нм (табл.1).In the synthesis from a more dilute (0.15 M) TiOSO 4 solution, with an increase in the concentration of added sulfuric acid from 0.5 M to 1 M, an increase in CSR sizes from 43 ± 4 to 54 ± 5 nm occurs (Table 1).

По данным просвечивающей электронной микроскопии полученные образцы TiO2 полностью закристаллизованы, при этом в отличие от прототипа в частицах присутствуют поры размером от 1 до 4 нм, что приводит к увеличению удельной площади поверхности фотокатализатора. На Фиг.2 представлены микрофотографии образцов, синтезированных гидротермальным методом из 0,25М раствора №1 (А), с добавлением 0,5М (Б) и 1М (В) серной кислоты, (Г) - увеличение.According to transmission electron microscopy, the obtained TiO 2 samples are completely crystallized, while in contrast to the prototype, the particles contain pores from 1 to 4 nm in size, which leads to an increase in the specific surface area of the photocatalyst. Figure 2 presents microphotographs of samples synthesized by the hydrothermal method from a 0.25M solution No. 1 (A), with the addition of 0.5M (B) and 1M (C) sulfuric acid, (D) - increase.

Таблица 1.Table 1. Описание образцаSample Description Фазовый составPhase composition Размер ОКР, нм (±10%)CSR size, nm (± 10%) Стабилизированный раствор 0,5МStable solution 0.5M Анатаз - 100%Anataz - 100% 6060 Стабилизированный раствор 0,5М+0,5М H2SO4 The stabilized solution of 0.5 M + 0.5 M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 5757 Стабилизированный раствор 0,5М+1М H2SO4 The stabilized solution of 0.5M + 1M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 5757 Стабилизированный раствор 0,25МThe stabilized solution of 0.25M Анатаз - 100%Anataz - 100% 5454 Стабилизированный раствор 0,25М+0,5М H2SO4 The stabilized solution of 0.25M + 0.5M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 5656 Стабилизированный раствор 0,25М+1М H2SO4 The stabilized solution of 0.25M + 1M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 5656 Стабилизированный раствор 0,15МStable Solution 0.15M Анатаз - 100%Anataz - 100% 2222 Стабилизированный раствор 0,15М+0,5М H2SO4 The stabilized solution of 0.15M + 0.5M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 4343 Стабилизированный раствор 0,15М+1M H2SO4 Stable Solution 0.15M + 1M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 5454

Отдельно необходимо отметить тот факт, что частицы с наименьшими размерами и наибольшей площадью поверхности образуются при низкой концентрации раствора сульфата титанила, таким образом, предложенная в прототипе область концентраций (до 5 моль/л) является необоснованной.Separately, it should be noted that the particles with the smallest sizes and the largest surface area are formed at a low concentration of a solution of titanyl sulfate, thus, the concentration range proposed in the prototype (up to 5 mol / l) is unreasonable.

Пример 2.Example 2

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила.Obtaining porous titanium oxide from an unstabilized solution of titanyl sulfate.

Раствор TiOSO4 (1M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой до заданных концентраций и подвергали гидротермальной обработке.A solution of TiOSO 4 (1M) was prepared by dissolving titanyl sulfate in distilled water. The solution was diluted with distilled water to predetermined concentrations and subjected to hydrothermal treatment.

Гидротермальный синтез нанокристаллических оксидных порошков проводился методом высокотемпературного гидролиза водных растворов сульфата титанила. Гидротермальный синтез проводили в изотермическом режиме при температуре 250°С, в течение 6 часов при давлении насыщенного пара воды. При проведении синтезов степень заполнения ячейки составляла 75%. По окончании эксперимента автоклав извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения из автоклава извлекали тефлоновую ячейку, на дне которой находился осадок продукта синтеза. Полученный продукт выделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°С.The hydrothermal synthesis of nanocrystalline oxide powders was carried out by the method of high-temperature hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate. Hydrothermal synthesis was carried out in isothermal mode at a temperature of 250 ° C for 6 hours at a pressure of saturated steam of water. During the synthesis, the degree of filling of the cell was 75%. At the end of the experiment, the autoclave was removed from the furnace and cooled to room temperature. After cooling, a Teflon cell was removed from the autoclave, at the bottom of which there was a precipitate of the synthesis product. The resulting product was isolated by centrifugation, washed repeatedly with distilled water, and then dried in air at a temperature of 60 ° C.

На Фиг.3 приведены характерные рентгенограммы для полученных образцов (1 - 0,25М; 2 - 0,5М; 3 - 0,15М+0,5М H2SO4). Размеры ОКР образцов, полученных при гидротермальной обработке растворов, не стабилизированных серной кислотой, оказываются существенно меньше, чем при синтезе образцов из растворов, стабилизированных серной кислотой аналогичных концентраций. При уменьшении концентрации сульфата титанила в обрабатываемом нестабилизированном растворе от 0,5М до 0,25М и 0,15М происходит дополнительное уменьшение размеров ОКР получаемых частиц TiO2 от 27±3 до 21±2 нм и 15±2 нм, соответственно (табл.2).Figure 3 shows the characteristic x-ray for the obtained samples (1 - 0.25 M; 2 - 0.5 M; 3 - 0.15 M + 0.5 M H 2 SO 4 ). The CSR sizes of the samples obtained by hydrothermal treatment of solutions not stabilized by sulfuric acid turn out to be significantly smaller than by the synthesis of samples from solutions stabilized by sulfuric acid of similar concentrations. With a decrease in the concentration of titanyl sulfate in the treated unstabilized solution from 0.5 M to 0.25 M and 0.15 M, there is an additional decrease in the CSR sizes of the obtained TiO 2 particles from 27 ± 3 to 21 ± 2 nm and 15 ± 2 nm, respectively (Table 2 )

По данным просвечивающей микроскопии (Фиг.4) образцы, полученные из нестабилизированного раствора сульфата титанила, также представляют собой пористый нанокристаллический диоксид титана с размером частиц от 20 до 40 нм. Данные электронной дифракции подтверждают образование чистой фазы анатаза.According to transmission microscopy (Figure 4), samples obtained from an unstabilized solution of titanyl sulfate also represent porous nanocrystalline titanium dioxide with a particle size of from 20 to 40 nm. Electron diffraction data confirm the formation of a pure anatase phase.

Таким образом, при синтезе из раствора, изначально не стабилизированного серной кислотой, можно получать нанокристаллические порошки с частицами меньшего размера, что должно положительно сказываться на фотокаталитической активности этих образцов.Thus, in the synthesis of a solution that was not initially stabilized by sulfuric acid, it is possible to obtain nanocrystalline powders with smaller particles, which should positively affect the photocatalytic activity of these samples.

Таблица 2.Table 2. Раствор без стабилизации 0,5МSolution without stabilization 0,5M Анатаз - 100%Anataz - 100% 2121 Раствор без стабилизации 0,25МSolution without stabilization 0.25M Анатаз - 100%Anataz - 100% 2727 Раствор без стабилизации 0,15МSolution without stabilization 0.15M Анатаз - 100%Anataz - 100% 15fifteen Раствор без стабилизации 0,15М+0,5М H2SO4 Solution without stabilization 0.15M + 0.5M H 2 SO 4 Анатаз - 100%Anataz - 100% 3535

Пример 3.Example 3

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты.Obtaining porous titanium oxide from an unstabilized solution of titanyl sulfate with the addition of nitric acid.

Раствор TiOSO4 (1M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой до заданных концентраций, добавляли необходимое количество азотной кислоты и подвергали гидротермальной обработкеA solution of TiOSO 4 (1M) was prepared by dissolving titanyl sulfate in distilled water. The solution was diluted with distilled water to predetermined concentrations, the required amount of nitric acid was added, and subjected to hydrothermal treatment.

Гидротермальный синтез нанокристаллических оксидных порошков проводился методом высокотемпературного гидролиза водных растворов сульфата титанила. Гидротермальный синтез проводили в изотермическом режиме при температуре 250°С, в течение 6 часов при давлении насыщенного пара воды. При проведении синтезов степень заполнения ячейки составляла 75%. По окончании эксперимента автоклав извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения из автоклава извлекали тефлоновую ячейку, на дне которой находился осадок продукта синтеза. Полученный продукт выделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°С.The hydrothermal synthesis of nanocrystalline oxide powders was carried out by the method of high-temperature hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate. Hydrothermal synthesis was carried out in isothermal mode at a temperature of 250 ° C for 6 hours at a pressure of saturated steam of water. During the synthesis, the degree of filling of the cell was 75%. At the end of the experiment, the autoclave was removed from the furnace and cooled to room temperature. After cooling, a Teflon cell was removed from the autoclave, at the bottom of which there was a precipitate of the synthesis product. The resulting product was isolated by centrifugation, washed repeatedly with distilled water, and then dried in air at a temperature of 60 ° C.

По данным рентгенофазового анализа образцов, синтезированных гидротермальным методом из растворов сульфата титанила, с добавлением азотной кислоты (Фиг.5: (1) 0,1М+0,5М HNO3; 2) 0,1М+1M HNO3; 3) 0,3М+0,25М HNO3; 4) 0,3М+0,5М HNO3; 5) 0,3М+1M HNO3; 6) - 0,5М+1M HNO3; 7) 0,5М+1M HNO3; 8) 1M+1M HNO3), при гидротермальном синтезе диоксида титана из раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты также кристаллизуется анатаз с размерами ОКР от 20 до 40 нм (Фиг.5, табл.3). Эти результаты подтверждаются данными просвечивающей микроскопии представленной на Фиг.6 (0,25М (А), 0,5М (Б) и 1M (В) азотной кислоты). Данные электронной дифракции подтверждают образование чистой фазы анатаза.According to x-ray phase analysis of samples synthesized by the hydrothermal method from solutions of titanyl sulfate, with the addition of nitric acid (Figure 5: (1) 0.1 M + 0.5 M HNO 3 ; 2) 0.1 M + 1 M HNO 3 ; 3) 0.3 M + 0.25 M HNO 3 ; 4) 0.3 M + 0.5 M HNO 3 ; 5) 0.3 M + 1 M HNO 3 ; 6) - 0.5 M + 1 M HNO 3 ; 7) 0.5 M + 1 M HNO 3 ; 8) 1M + 1M HNO 3 ), during hydrothermal synthesis of titanium dioxide from a solution of titanyl sulfate with the addition of nitric acid, anatase also crystallizes with CSR sizes from 20 to 40 nm (Figure 5, Table 3). These results are confirmed by transmission microscopy data presented in Fig.6 (0.25M (A), 0.5M (B) and 1M (C) nitric acid). Electron diffraction data confirm the formation of a pure anatase phase.

Таблица 3.Table 3. Описание образцаSample Description Фазовый составPhase composition Размер ОКР, нм (±10%)CSR size, nm (± 10%) Не стабилизированный раствор 1M TiOSO4 + 1M HNO3 Unstabilized solution 1M TiOSO 4 + 1M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 3838 Не стабилизированный раствор 0,5М TTiOSO4 + 0,5М HNO3 Non-stabilized solution 0.5M TTiOSO 4 + 0.5M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 30thirty Не стабилизированный раствор 0,5М TiOSO4 + 1М HNO3 Non-stabilized solution 0.5M TiOSO 4 + 1M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2828 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М HNO3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2121 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,5М НМО3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.5 M HMO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2424 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 1М HNO3 Non-stabilized solution 0.3M TiOSO 4 + 1M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2424 Не стабилизированный раствор 0,1М TiOSO4 + 0,5М HNO3 Non-stabilized solution 0.1 M TiOSO 4 + 0.5 M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 20twenty Не стабилизированный раствор 0,1М TiOSO4 + 1М HNO3 Non-stabilized solution 0.1 M TiOSO 4 + 1 M HNO 3 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2222

Пример 4.Example 4

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты при различных временах гидротермальной обработки.Obtaining porous titanium oxide from an unstabilized solution of titanyl sulfate with the addition of nitric acid at various times of hydrothermal treatment.

Раствор TiOSO4 (1М) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой и добавляли необходимое количество азотной кислоты для получения концентрации TiOSO4 0,3М, а концентрации HNO3 - 0,25М.A solution of TiOSO 4 (1M) was prepared by dissolving titanyl sulfate in distilled water. The solution was diluted with distilled water and the required amount of nitric acid was added to obtain a TiOSO 4 concentration of 0.3 M and a HNO 3 concentration of 0.25 M.

Гидротермальный синтез нанокристаллических оксидных порошков проводился методом высокотемпературного гидролиза водных растворов сульфата титанила. Гидротермальный синтез проводили в изотермическом режиме при температуре 250°С, в течение 3-24 часов при давлении насыщенного пара воды. При проведении синтезов степень заполнения ячейки составляла 75%. По окончании эксперимента автоклав извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения из автоклава извлекали тефлоновую ячейку, на дне которой находился осадок продукта синтеза. Полученный продукт выделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°С.The hydrothermal synthesis of nanocrystalline oxide powders was carried out by the method of high-temperature hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate. Hydrothermal synthesis was carried out in isothermal mode at a temperature of 250 ° C, for 3-24 hours at a pressure of saturated steam of water. During the synthesis, the degree of filling of the cell was 75%. At the end of the experiment, the autoclave was removed from the furnace and cooled to room temperature. After cooling, a Teflon cell was removed from the autoclave, at the bottom of which there was a precipitate of the synthesis product. The resulting product was isolated by centrifugation, washed repeatedly with distilled water, and then dried in air at a temperature of 60 ° C.

По данным рентгенофазового анализа, при гидротермальном синтезе диоксида титана из раствора из 0,3М раствора TiOSO4 с добавлением 0,25М HNO3 в течение: 1) 3 ч; 2) 6 ч; 3) 12 ч; 4) 24 ч. также кристаллизуется метастабильная фаза - нанокристаллический анатаз с размерами ОКР от 20 до 40 нм (Фиг.7, табл.4). Эти результаты подтверждаются данными просвечивающей микроскопии (Фиг.8): А) 3 ч; Б) 6 ч; В) 12 ч; Г) 24 чAccording to x-ray phase analysis, during hydrothermal synthesis of titanium dioxide from a solution of 0.3 M TiOSO 4 solution with the addition of 0.25 M HNO 3 for: 1) 3 hours; 2) 6 hours; 3) 12 hours; 4) for 24 hours, a metastable phase also crystallizes - nanocrystalline anatase with CSR sizes from 20 to 40 nm (Fig. 7, Table 4). These results are confirmed by transmission microscopy (Fig. 8): A) 3 h; B) 6 hours; B) 12 hours; D) 24 h

Таблица 4.Table 4. Описание образцаSample Description Время гидротермальной обработки, чHydrothermal treatment time, h Фазовый составPhase composition Размер ОКР, нм (±10%)CSR size, nm (± 10%) Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М НМО3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HMO 3 33 Анатаз - 100%Anataz - 100% 20twenty Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М НМО3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HMO 3 66 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2121 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М HNO3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 1212 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2222 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М HNO3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 2424 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2323

Пример 5.Example 5

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты при различных температурах гидротермальной обработки.Obtaining porous titanium oxide from an unstabilized solution of titanyl sulfate with the addition of nitric acid at various temperatures of hydrothermal treatment.

Раствор TiOSO4 (1М) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой и добавляли необходимое количество азотной кислоты для получения концентрации TiOSO4 0,3М, а концентрации HNO3 - 0,25М.A solution of TiOSO 4 (1M) was prepared by dissolving titanyl sulfate in distilled water. The solution was diluted with distilled water and the required amount of nitric acid was added to obtain a TiOSO 4 concentration of 0.3 M and a HNO 3 concentration of 0.25 M.

Гидротермальный синтез нанокристаллических оксидных порошков проводился методом высокотемпературного гидролиза водных растворов сульфата титанила. Гидротермальный синтез проводили в изотермическом режиме при температуре 100, 150 и 250°С, в течение 6 часов при давлении насыщенного пара воды. При проведении синтезов степень заполнения ячейки составляла 75%. По окончании эксперимента автоклав извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения из автоклава извлекали тефлоновую ячейку, на дне которой находился осадок продукта синтеза. Полученный продукт выделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°С.The hydrothermal synthesis of nanocrystalline oxide powders was carried out by the method of high-temperature hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate. Hydrothermal synthesis was carried out in isothermal mode at a temperature of 100, 150 and 250 ° C, for 6 hours at a pressure of saturated steam of water. During the synthesis, the degree of filling of the cell was 75%. At the end of the experiment, the autoclave was removed from the furnace and cooled to room temperature. After cooling, a Teflon cell was removed from the autoclave, at the bottom of which there was a precipitate of the synthesis product. The resulting product was isolated by centrifugation, washed repeatedly with distilled water, and then dried in air at a temperature of 60 ° C.

По данным рентгенофазового анализа при гидротермальном синтезе диоксида титана из раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты также кристаллизуется анатаз с размерами ОКР от 20 до 25 нм и незначительной примесью аморфной фазы (табл.5).According to the X-ray phase analysis, during hydrothermal synthesis of titanium dioxide from a solution of titanyl sulfate with the addition of nitric acid, anatase also crystallizes with CSR sizes from 20 to 25 nm and a slight admixture of the amorphous phase (Table 5).

Таблица 5.Table 5. Описание образцаSample Description Температура гидротермальной обработки, °CHydrothermal treatment temperature, ° C Фазовый составPhase composition Размер ОКР, нм (±10%)CSR size, nm (± 10%) Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М НNО3 Unstabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 100one hundred Анатаз - 100%Anataz - 100% 2525 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М HNO3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 150150 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2121 Не стабилизированный раствор 0,3М TiOSO4 + 0,25М HNO3 Non-stabilized solution 0.3 M TiOSO 4 + 0.25 M HNO 3 250250 Анатаз - 100%Anataz - 100% 2222

Результаты исследования образования частиц диоксида титана при разных временах обработки показывают, что возможно значительно понизить предложенное в прототипе время обработки (до 48 часов).The results of the study of the formation of particles of titanium dioxide at different processing times show that it is possible to significantly reduce the processing time proposed in the prototype (up to 48 hours).

На основании проведенных исследований приведенные выше примеры наглядно подтверждают возможность получения предложенным методом частиц оксида титана существенно меньшего размера (20-60 нм), чем другими способами, причем все частицы являются полностью закристаллизованными. Это приводит к тому, что увеличивается удельная площадь поверхности материала, что усиливает его фотокаталитические свойства. Кроме того, диоксид титана образуется в форме мезопористых частиц, что дополнительно увеличивает доступную для катализа площадь поверхности.Based on the studies, the above examples clearly confirm the possibility of obtaining the proposed method of particles of titanium oxide is significantly smaller (20-60 nm) than other methods, and all particles are completely crystallized. This leads to the fact that the specific surface area of the material increases, which enhances its photocatalytic properties. In addition, titanium dioxide is formed in the form of mesoporous particles, which further increases the surface area available for catalysis.

Заявленное изобретение, как показали результаты многочисленных исследований, позволяет увеличить эффективность очистки воды и воздуха от органических загрязнителей, эффективно проводить обеззараживание воздуха в медицинских учреждениях, проводить фотокаталитическое разложение воды с целью получения молекулярного водорода и его дальнейшего использования в роли топлива. Кроме того, достигнутая мезопористость полученного материала дает возможность использования его и в других областях промышленности, например, для получения белого пигмента в красках, пластмассах, в целлюлозно-бумажной, текстильной, пищевой промышленности, при обработке кожи, в фармацевтике, косметике.The claimed invention, as shown by the results of numerous studies, can increase the efficiency of water and air purification from organic pollutants, effectively carry out air disinfection in medical institutions, conduct photocatalytic decomposition of water in order to obtain molecular hydrogen and its further use as a fuel. In addition, the achieved mesoporosity of the obtained material makes it possible to use it in other industries, for example, to obtain white pigment in paints, plastics, in the pulp and paper, textile, food industries, in leather processing, in pharmaceuticals, and cosmetics.

Источники информацииInformation sources

1. М.Kaneko, I.Okura, Photocatalysis: Science and Technology. Springer, 2002, 356 p.1. M. Kaneko, I. Okura, Photocatalysis: Science and Technology. Springer, 2002, 356 p.

2. Патент Российской Федерации №2315123.2. Patent of the Russian Federation No. 2315123.

3. Патент Российской Федерации №2315818.3. Patent of the Russian Federation No. 2315818.

4. Патент Российской Федерации №2317345.4. Patent of the Russian Federation No. 2317345.

5. Патент Российской Федерации №2291839.5. Patent of the Russian Federation No. 2291839.

6. Патент Германии №102006035755.6. German patent No. 102006035755.

7. Патент Кореи №20020043133 - прототип.7. Korean Patent No.20020043133 is a prototype.

Claims (5)

1. Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, заключающийся в приготовлении водного раствора сульфата титанила и его гидротермальной обработке, отличающийся тем, что концентрация сульфата титанила в водном растворе составляет 0,1-1,0 моль/л, в раствор добавляют кислоту до получения концентрации 0,15-1 моль/л, раствор подвергают гидролизу в гидротермальных условиях при температуре в диапазоне 100-250°С в течение 0,5-24 ч, после чего полученную суспензию пористого диоксида титана высушивают.1. A method of producing a titanium dioxide-based photocatalyst, which consists in preparing an aqueous solution of titanyl sulfate and its hydrothermal treatment, characterized in that the concentration of titanyl sulfate in the aqueous solution is 0.1-1.0 mol / l, acid is added to the solution until concentration of 0.15-1 mol / l, the solution is subjected to hydrolysis under hydrothermal conditions at a temperature in the range of 100-250 ° C for 0.5-24 hours, after which the resulting suspension of porous titanium dioxide is dried. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют раствор серной кислоты.2. The method according to claim 1, characterized in that a solution of sulfuric acid is used as the acid. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пористый диоксид титана выделяют центрифугированием.3. The method according to claim 1, characterized in that the porous titanium dioxide is isolated by centrifugation. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что пористый диоксид титана очищают от маточного раствора с помощью дистиллированной воды.4. The method according to claim 3, characterized in that the porous titanium dioxide is purified from the mother liquor using distilled water. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что пористый диоксид титана высушивают на воздухе при 60-70°С. 5. The method according to claim 4, characterized in that the porous titanium dioxide is dried in air at 60-70 ° C.
RU2009127551/04A 2009-07-20 2009-07-20 Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst RU2408427C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009127551/04A RU2408427C1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009127551/04A RU2408427C1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2408427C1 true RU2408427C1 (en) 2011-01-10

Family

ID=44054480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009127551/04A RU2408427C1 (en) 2009-07-20 2009-07-20 Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2408427C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102730753A (en) * 2011-04-02 2012-10-17 中国科学院金属研究所 Method for preparing anatase porous TiO2 spheres, core-shell structure and hollow spheres
RU2520100C1 (en) * 2012-11-28 2014-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) Method of preparing titanium oxide photocatalyst active in visible spectrum
RU2643148C2 (en) * 2012-03-20 2018-01-31 Велинге Фотокаталитик Аб Photo-catalytic compositions containing titanium dioxide and anti-photobleaching additives
RU2713205C2 (en) * 2015-05-15 2020-02-04 Хантсмен Пи Энд Эй Джермани Гмбх Powdered titanium oxide, methods for production thereof and use thereof
RU2801580C1 (en) * 2022-12-13 2023-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method for producing titanium dioxide

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102730753A (en) * 2011-04-02 2012-10-17 中国科学院金属研究所 Method for preparing anatase porous TiO2 spheres, core-shell structure and hollow spheres
CN102730753B (en) * 2011-04-02 2014-07-23 中国科学院金属研究所 Method for preparing anatase porous TiO2 spheres, core-shell structure and hollow spheres
RU2643148C2 (en) * 2012-03-20 2018-01-31 Велинге Фотокаталитик Аб Photo-catalytic compositions containing titanium dioxide and anti-photobleaching additives
RU2520100C1 (en) * 2012-11-28 2014-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) Method of preparing titanium oxide photocatalyst active in visible spectrum
RU2713205C2 (en) * 2015-05-15 2020-02-04 Хантсмен Пи Энд Эй Джермани Гмбх Powdered titanium oxide, methods for production thereof and use thereof
RU2801580C1 (en) * 2022-12-13 2023-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method for producing titanium dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2408428C1 (en) Method of producing titanium nanocrystalline titanium dioxide-based photocatalyst
US6956006B1 (en) Modified titanium dioxide and a method for its preparation
EP1216092B1 (en) Silicon-containing titanium dioxyde, method for preparing the same and catalytic compositions thereof
US8454932B2 (en) Titanium dioxide nanoparticles
RU2408427C1 (en) Method of producing titanium dioxide-based photocatalyst
US8357348B2 (en) Method for preparing uniform anatase-type titanium dioxide nanoparticles
Wu et al. Photocatalytic oxidation of nitric oxide with immobilized titanium dioxide films synthesized by hydrothermal method
JP2001031422A (en) Mesoporous titanium oxide form and its production
Sedneva et al. TiO 2-and Nb 2 O 5-based photocatalytic composites
Khunrattanaphon et al. Synthesis and application of novel mesoporous-assembled SrTixZr1− xO3-based nanocrystal photocatalysts for azo dye degradation
US7651675B2 (en) Process for producing flaky titanium oxide capable of absorbing visible light
Wang et al. Synthesis of mesoporous TiO2 induced by nano-cellulose and its photocatalytic properties
Carrera et al. Photocatalytic degradation of acetaldehyde by sol-gel TiO2 nanoparticles: effect of the physicochemical properties on the photocatalytic activity
JP2004161592A (en) Anatase type titania-silica composite and its production method
Dontsova et al. Characterization and properties of titanium (iv) oxide, synthesized by different routes
TW201416128A (en) Preparation method of nano-gold in titanium dioxide with core-shell structure and the application on photocatalytic destruction of organic compounds
CN105347389A (en) Ultra-thin titanate nanoribbons exposing (010) crystal face and preparation method thereof
JP2004131366A (en) Method of manufacturing super fine particle of titanium dioxide practically composed of brookite phase using titanium tetrachloride and hydrochloric acid aqueous solution, nitric acid aqueous solution or mixed solution thereof
Yu Phase development and photocatalytic ability of gel-derived P-doped TiO2
KR100404449B1 (en) The manufacturing method of titanium oxide powder by dropping precipitant
JP3136339B2 (en) Titanium oxide photocatalyst and method for producing the same
Sonawane et al. Facile method for the selective growth of rice like rutile TiO2 from peroxotitanate gel and its photo-activity
Guo et al. Citrate/F− assisted phase control synthesis of TiO 2 nanostructures and their photocatalytic properties
Park et al. Microstructural evolution of metatitanic acid with temperature and its photosensitization property
Hirai et al. Visible-Light Sensitive Photocatalytic Activity of FeO x-and P-Modified TiO2 with Rutile Structure

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner