專利名稱：一種氮摻雜硅鋁固載TiO₂多孔陶瓷的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光催化材料技術領域，特別涉及一種氮摻雜硅鋁固載1102多孔陶瓷 (NAiO2-SiAl)的制備方法。
背景技術：
TiO2作為一種廉價、無毒、節(jié)能、高效的光催化材料，不僅能夠有效降解空氣和水中的有機污染物，而且不對人體和環(huán)境造成二次污染，因此是造紙、印染等行業(yè)廢水處理的理想清潔催化劑。同時，TiO2對于空氣中的病菌也具有殺害作用，也可以廣泛應用于醫(yī)院、 車船、養(yǎng)殖場等的空氣凈化處理。但由于TiA是寬禁帶半導體，光能利用率低，只能吸收利用占地球表面太陽光的3% 4%的紫外光，而占太陽光光譜中絕大多數(shù)的可見光部分(能量約占45% )未得到有效利用，從而阻礙了其實際應用。TiO2是一種寬禁帶半導體，由充滿電子的低能價帶和空的高能導帶構成，在導帶和價帶之間存在著禁帶。當TiO2吸收的能量大于或等于其帶隙能(Eg)的光子(hv)時， TiO2價帶上的電子吸收光子被激發(fā)躍遷到導帶，同時在價帶上留下空穴。由于TiA能帶的不連續(xù)性，電子和空穴的壽命比較長，可以在電場作用下發(fā)生分離，遷移到粒子表面的不同位置。它們可以與吸附在催化劑表面的物質發(fā)生氧化或還原反應，也有可能直接復合，或者被表面晶格缺陷捕獲。價帶中的空穴有較高的氧化電位，能夠和吸附在催化劑表面的OH-或H2O作用生成·0Η。光生電子在導帶處于較高的能級，具有良好的還原性，能夠與O2發(fā)生作用生成· O2-和· OOH等活性氧自由基并參與氧化還原反應。而生成的· 0Η，· O2-, · OOH等氧化性很強的活潑自由基，可以將有機物氧化為C02、H20等無機小分子且不產生中間產物。其中· OH是光催化反應體系中最主要的活性基，可以無選擇的對多種有機物進行氧化并使之完全礦化。近些年來，人們通過深入研究發(fā)現(xiàn)對TiA進行改性處理后，使其在太陽光的照射下就能發(fā)揮出強大的光催化能力，這對于太陽光的利用和TiO2材料的更廣泛應用具有非常重大的意義。以N為例，摻雜后N取代了 TW2的晶格氧進入晶格，通過其P軌道和02P 軌道雜化混合形成新的能帶，進而降低帶隙，使得改性后的TiO2光響應范圍擴展至可見光區(qū)。Diwald等在870K下，用NH3處理銳鈦礦TW2單晶，得到N摻雜的TiO2,發(fā)現(xiàn)N摻雜使 TiO2在2. 4ev 3. Oev范圍內的吸收明顯增強。在可見光照射下，N摻雜使TW2對Ag+的光催化還原活性也明顯增強。(Diwald 0，Thompson T L, Zubkov Τ, et al. Photochemical activity of nitrogen-doped rutile TiO2 (111)in visible light[J]. J Phys Chem B, 2004,108(19) :6004-6008.)將氮摻雜后的TiA固載到多孔材料上有以下優(yōu)點其一，由于多孔結構具有較大的比表面積，增強了材料的吸附能力，從而可以吸附更多有機污染物到TiA表面，縮短TiA 光生電子和光生空穴產生的羥基自由基與有機污染物的作用時間。其二，載體可能因為表面成酸(堿)性或參與光催化反應的中間過程，而使TiO2的光催化活性大為提高。其三，將氮摻雜TW2固載不僅可以提高TW2在可見光下的反應活性，而且還可以解決納米TW2粉體易團聚、難回收的弊病，達到TiO2循環(huán)利用之目的。這樣就還可以實現(xiàn)對廢氣廢水的連續(xù)工業(yè)化處理，對于創(chuàng)建環(huán)境友好型社會意義重大，已引起國內外的廣泛關注。從技術的角度出發(fā)，固載T^2的方法一般可分為氣相法和液相法兩大類。由于氣相法所需設備復雜、能耗大、成本高，所以目前實驗室廣泛采用液相法。固載T^2的液相方法有溶膠-凝膠法、離子交換法、偶聯(lián)法、粉體燒結法、水解沉淀法等，其中以溶膠凝膠法和偶聯(lián)法較為常用。溶膠凝膠法是以鈦酸酯或鈦鹽為原料，通過控制水解速率，制得TiO2溶膠；也可以直接使用商品化的銳鈦礦型TiO2溶膠，然后根據(jù)載體形狀的不同，用旋涂法或浸漬法將 TiO2溶膠涂覆上去，經過凝膠、燒結等工序制得固載型TiO2光催化劑。此法實質上是一種涂層固載法，結合強度一般不高。偶聯(lián)法是將納米TiO2與載體通過偶聯(lián)劑粘合在一起。這種方法主要用于空心玻璃微球、耐火磚顆粒等比表面積較小的顆粒狀載體，常用的偶聯(lián)劑有硅酸鈉、甲基三甲氧基硅烷、環(huán)氧樹脂等。TiO2的摻雜和固載是提高光催化性能和循環(huán)利用的兩個主要途徑，然而目前業(yè)界固載的載體大多是諸如沸石、黏土(人工或天然)、活性炭、碳納米管以及膨脹石墨等物體。 而將TiA原位固載到硅鋁氧骨架結構中制成多孔陶瓷的報道迄今為止并不多見。本發(fā)明就是在氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷材料的制備方法上作出有益的嘗試，以達到通過摻雜和固載提高其光催化性能和循環(huán)利用的目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種提高光催化性能的氮摻雜硅鋁固載TiO2 多孔陶瓷的制備方法，以硅酸鈉為硅源、硫酸鈦為鈦源、硫酸鋁為鋁源、尿素為氮源，并以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，改變N的摻入量，利用水熱法原位合成產物前軀體，最終燒結制得氮摻雜硅鋁固載TW2多孔陶瓷(N/Ti02-SiAl)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種氮摻雜硅鋁固載TiO2S孔陶瓷的制備方法， 分別以水溶性無機硅鹽、水溶性無機鈦鹽、水溶性無機鋁鹽為硅源、鈦源和鋁源，以尿素為氮源，以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑反應生成懸浮液D，然后將該懸浮液移入水熱釜中進行水熱反應，水熱反應完后，洗滌、抽濾，得濾泥，將濾泥造粒成型后干燥，得氮摻雜硅鋁固載TW2前軀體，最后將氮摻雜硅鋁固載TiA前軀體進行燒結，即得氮摻雜硅鋁固載TW2 多孔陶瓷。所述懸浮液D的制備方法為先將硅源、鈦源和鋁源分別配成飽和溶液，然后將鈦源和鋁源的飽和溶液混合成溶液A后，攪拌均勻，將溶液A滴加到硅源飽和溶液中，形成膠狀溶液B，攪拌均勻后，向膠狀溶液B中加入模板劑，攪拌形成白色乳狀懸浮液C，最后向懸浮液C中加入尿素溶液，調節(jié)pH值為3. 5 4. 5，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液D，其中， Si Ti Al 模板劑的摩爾比為1 2 0. 1 0. 25，N Ti的摩爾比為2 6;所述尿素的濃度為5mol/L ；所述水熱反應的條件為溫度為130 150°C，時間為Mh ；所述燒結的步驟為先以3°C /min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到 450 800°C燒結 IOh ；
所述硅源為硅酸鈉；所述鈦源為硫酸鈦；所述鋁源為硫酸鋁。本發(fā)明氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷的制備方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明以尿素為氮源，在水熱的高溫高壓條件下，尿素中的N-H鍵能夠取代Ti-O鍵中的氧，以化學鍵形式牢固結合，實現(xiàn)有效摻雜；并且氮進入TiO2晶格，產生的晶格畸變能夠拓寬TiO2的光響應范圍，增加可見光下的光催化活性。另外，尿素在高溫下會分解放出CO2,這也能夠增加N/ TiO2-SiAl多孔材料的孔隙率。另外，本發(fā)明以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，這樣，在燒結過程中，隨著溫度升高，CTAB脫除后會在硅鋁骨架中留下大量孔隙，進一步增加體系的多孔結構。


圖1是N/Ti摩爾比為4，水熱反應溫度135°C，pH = 4條件下5種燒結溫度的樣品的XRD2是N/Ti摩爾比為4，水熱反應溫度135°C，pH = 4條件下5種燒結溫度的樣品的FT-IR3是N/Ti摩爾比為0，2，4，6四組配方，水熱反應溫度i:35°C，pH = 4，燒結溫度為650°C下制得樣品的FT-IR4是N/Ti摩爾比為4，水熱反應溫度135°C，pH = 4，燒結溫度為650°C下樣品的SEM5是N/Ti摩爾比為4，水熱反應溫度135°C，pH = 4，燒結溫度為650°C下樣品的FESEM圖。
具體實施例方式本發(fā)明所采取的技術方案是(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、 Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為2 6的比例分別向C液中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液，攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在3. 5 4. 5，并繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液 D ；(4)把制備好的D懸浮液移入水熱釜中進行水熱反應，在130°C 150°C范圍內控制一定水熱溫度，反應M小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止。再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到氮摻雜硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到450°C 800°C燒結10h，得到氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷(NAiO2-SiAl)。下面結合實施例，對本發(fā)明氮摻雜硅鋁固載1102多孔陶瓷的制備方法做詳細描述實施例1(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、 Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為4的比例向C液中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液， 攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在4，并繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液D ；(4)把制備好的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，控制水熱溫度135°C，反應 24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，的濾泥。 再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到摻氮硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到650°C燒結10h，得到N/Ti02_SiAl多孔陶
ο按照以上實施方案制得密度為901.4mignr3、孔隙率為75. 32 %、平均孔徑為 1. 51 μ m、比表面積為MO. 92111 -^抗壓強度為3. 19MPa、銳鈦礦型TW2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。實施例2(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、 Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液； (2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為6的比例向C液中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液， 攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在4. 5，繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液D ；(4)把制備好的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，控制水熱溫度145°C，反應 24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，的濾泥。 再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到摻氮硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到700 800°C燒結10h，得到N/Ti02_SiAl 多孔陶瓷。按照以上實施方案制得密度為889. 18kgm_3、孔隙率為76. 23 %、平均孔徑為 1. 50 μ m、比表面積為Ml. 83111 -^抗壓強度為3. 12MPa、銳鈦礦型TW2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。實施例3(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為2的比例向懸浮液C中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液，攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在3. 5，繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液D ；(4)把制備好的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，控制水熱溫度140°C，反應 24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，的濾泥。 再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到摻氮硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到550°C燒結10h，得到N/Ti02_SiAl多孔陶
ο按照以上實施方案制得密度為902. 86kgm_3、孔隙率為75. 02 %、平均孔徑為 1. 49 μ m、比表面積為239. 4511 .1,抗壓強度為3. lOMPa、銳鈦礦型TW2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。實施例4(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、 Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為4的比例向懸浮液C液中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液，攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在4. 5，繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液D ；(4)把制備好的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，控制水熱溫度150°C，反應 24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，的濾泥。 再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到摻氮硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到600°C燒結10h，得到N/Ti02_SiAl多孔陶
ο按照以上實施方案制得密度為901.2^gnT3、孔隙率為75.沈％、平均孔徑為 1. 50 μ m、比表面積為MO. Um2g-1A抗壓強度為3. 12MPa、銳鈦礦型TW2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。實施例5(1)按照 Si/Ti/Al/CTAB 的摩爾比為 1 2 0. 1 0. 25 分別稱取一定量Na2Si03、 Ti (SO4) 2、Al2(SO4)3和CTAB試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2 (SO4) 2和Al2 (SO4) 3溶液混合形成溶液A ；再在磁力攪拌器不斷攪拌下把混合溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌十分鐘后向B溶液中加入
8模板劑溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C ；(3)按照N/Ti摩爾比為6的比例向懸浮液C中加入一定量濃度為5mol/L的尿素溶液，攪拌同時用NaOH溶液調節(jié)pH值在4. 0，繼續(xù)攪拌半小時，形成懸浮液D ；(4)把制備好的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，控制水熱溫度130°C，反應 24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，的濾泥。 再將濾泥造粒、成型，在干燥箱中80°C干燥M小時得到摻氮硅鋁固載TW2前軀體；(6)將干燥后的前軀體球形顆粒放入SRJX4-13型電熱爐中進行燒結。先以3°C / min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到450°C燒結10h，得到N/Ti02_SiAl多孔陶
ο按照以上實施方案制得密度為922. 75kgnT3、孔隙率為74. 68 %、平均孔徑為 1. 48 μ m、比表面積為238. 9211 .1,抗壓強度為3. 09MPa、銳鈦礦型TW2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。本發(fā)明選取Si/Ti/Al = 1 2 0. 1的摩爾比固載TiO2,選取氮摻雜摩爾濃度比N/Ti為2 6，分別用N/Ti = 0 (即未摻雜)、N/Ti = 2、N/Ti = 4和N/Ti = 6四組進行對比驗證；選取水熱反應溫度為130°C 150°C，反應時間Mh ；選取燒結溫度450°C 800oC (優(yōu)選為450 750°C )，煅燒時間10h。按照以上技術方案制得密度為887. 16 932. 65kgnT3、孔隙率為74. 65 % 76. 27 %、平均孔徑為1.47 1. 54 μ m,比表面積為 238. 77 245. 46m2g—1、抗壓強度為3. 08 3. 26ΜΙ^、銳鈦礦型TiO2結晶狀況完好、日光下光催化性能良好、可循環(huán)使用的N/Ti02-SiAl多孔陶瓷材料。為了驗證以上技術方案的有效性，本發(fā)明進行了以下測試分析驗證。1.煅燒溫度的確定實驗選取4501、5501、6001、6501、7001、7501和 8001的溫度下進行高溫燒結，將燒結樣品分別采用日本理學D/maX-2200pC型自動X射線衍射儀(XRD)和VECT0R-22 型傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)進行測試表征。圖1和圖2是N/Ti摩爾比為4，水熱反應溫度135°C，pH = 4條件下5種燒結溫度的樣品的XRD圖和FT-IR圖譜。圖1中顯示的彌散化衍射峰是銳鈦礦型TW2的衍射峰，說明這種材料的結構是結晶狀況良好的銳鈦礦型TW2均勻分布在無定形SiO2-Ai2O3-TW2骨架中，以化學鍵形式結合，固載強度高。從450°C到750°C都形成峰形相似的銳鈦礦型TW2衍射峰，說明硅鋁骨架固載銳鈦礦型TiO2燒結溫度范圍很寬，或者說硅鋁骨架在很寬燒結溫度范圍內都能實現(xiàn)銳鈦礦型TiO2的有效固載。圖2的紅外圖譜中，3431CHT1處有一很強很寬的峰，為結構水0H_的伸縮震動吸收峰，1631CHT1為結構水0H_的彎曲震動，表明該多孔陶瓷材料中存在有較多結構水，類似于硅膠干燥劑。圖中1091cm—1為Si-O鍵的伸縮震動。95 !!!.1處有一較小的吸收峰，這是 Ti-O-Si鍵形成的標志，證明了 TW2以化學鍵形式結合在SiO2-Al2O3-TiO2骨架中，這與XRD 的分析結果一致。另外，從圖2可以看到750°C煅燒的樣品在95 !^1處的吸收峰弱化，這可能是由于氮摻雜后TiO2的晶型轉變溫度降低，弱化了 Ti-O-Si鍵，因此燒結溫度不宜高于 750 0C ο2氮摻雜有效性驗證
實驗做了氮不同摻雜量樣品的紅外圖譜。圖3是N/Ti摩爾比為0，2，4，6四組配方，在水熱反應溫度1351，？!1 = 4，燒結溫度為6501下制得樣品的？11-11 圖譜。由圖中可以看出，摻氮后的樣品在95km 1處Ti-O-Si的吸收峰明顯下沉強化，而未摻氮的樣品在該處的吸收峰弱小上移。這足以說明氮有效摻入Ti-O-Si結構中，造成Ti-O-Si鍵的畸變。3樣品形貌觀察實驗采用型號為SNE-3000M的掃描電鏡(SEM)觀察樣品的多孔形貌，而采用一臺型號為LE0-1530的場發(fā)射電子顯微鏡(FESEM)觀察樣品中銳鈦礦TW2的結晶狀況。圖4 和圖5是圖3中N/Ti摩爾比為4的樣品的SEM和FESEM圖。從圖4可以看出，制備出的N/ TiO2-SiAl為蜂窩狀多孔材料，蜂窩骨架連通，無斷裂或不連續(xù)現(xiàn)象；孔隙清晰可見，孔徑分布范圍較廣。圖5是該樣品3萬倍分辨率下的FESEM照片，可以明顯看出TW2的結晶狀況， 銳鈦礦型TW2晶粒清晰可辨，平均粒徑大約為80nm。4吸水率測試多孔材料的吸水率可以用來衡量吸附特性。表1給出了 N/Ti摩爾比為4，在不同溫度下燒結樣品的吸水率。可以看出，所測試的樣品的吸水率都在100%以上，在600°C下煅燒樣品吸水率最高，接近160%。表2是不同摻氮比，在650°C下煅燒樣品的吸水率值?？梢钥闯?，摻氮摩爾比為4時吸水率最高。綜合分析結果表明N/Ti02-SiAl多孔陶瓷有很強的吸水性。表1 N/Ti摩爾比為4在不同溫度下燒結樣品的吸水率
權利要求
1.一種氮摻雜硅鋁固載T^2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于分別以水溶性無機硅鹽、水溶性無機鈦鹽、水溶性無機鋁鹽為硅源、鈦源和鋁源，以尿素為氮源，以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑反應生成懸浮液D，然后將該懸浮液移入水熱釜中進行水熱反應，水熱反應完后，洗滌、抽濾，得濾泥，將濾泥造粒成型后干燥，得氮摻雜硅鋁固載TW2前軀體，最后將氮摻雜硅鋁固載TW2前軀體進行燒結，即得氮摻雜硅鋁固載TW2多孔陶瓷。
2.如權利要求ι所述的氮摻雜硅鋁固載T^2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述懸浮液D的制備方法為先將硅源、鈦源和鋁源分別配成飽和溶液，然后將鈦源和鋁源的飽和溶液混合成溶液A后，攪拌均勻，將溶液A滴加到硅源飽和溶液中，形成膠狀溶液B，攪拌均勻后，向膠狀溶液B中加入模板劑，攪拌形成白色乳狀懸浮液C，最后向懸浮液C中加入尿素溶液，調節(jié)PH值為3.5 4.5，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液D，其中，Si Ti Al 模板劑的摩爾比為1 2 0. 1 0. 25，N Ti的摩爾比為2 6。
3.如權利要求2所述的氮摻雜硅鋁固載T^2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述尿素的濃度為5mol/L。
4.如權利要求1所述的氮摻雜硅鋁固載T^2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述水熱反應的條件為溫度為130 150°C，時間為Mh。
5.如權利要求1所述的氮摻雜硅鋁固載TiA多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述燒結的步驟為先以3°C /min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到450 800°C燒結 IOh0
6.如權利要求1所述的氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述硅源為硅酸鈉。
7.如權利要求1所述的氮摻雜硅鋁固載TiA多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述鈦源為硫酸鈦。
8.如權利要求1所述的氮摻雜硅鋁固載TiA多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述鋁源為硫酸鋁。
9.一種氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟包括以下步驟(1)分別稱取Na2Si03、Ti(SO4)2, Al2(SO4)3和十六烷基三甲基溴化銨試劑，研磨成細粉后分別用去離子水配制成飽和溶液；(2)將配制好的Ti2(SO4) 2和Al2 (SO4) 3飽和溶液混合形成溶液A ；在磁力攪拌器不斷攪拌下把溶液A滴加到Na2SiO3溶液中形成膠狀溶液B ；攪拌后向膠狀溶液B中加入十六烷基三甲基溴化銨溶液，繼續(xù)攪拌形成白色乳狀懸浮液C，其中，Si Ti Al 模板劑十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1 2 0. 1 0. 25;(3)按照N/Ti摩爾比為2 6的比例向白色乳狀懸浮液C中加入濃度為5mol/L的尿素溶液，攪拌同時調節(jié)pH值在3. 5 4. 5，繼續(xù)攪拌形成懸浮液D ；(4)將步驟C3)形成的懸浮液D移入水熱釜中進行水熱反應，在130°C 150°C范圍內反應24小時；(5)將水熱反應產物反復洗滌、抽濾，直到濾液檢測不出硫酸根離子為止，得到濾泥，將濾泥造粒、成型、干燥后，得到氮摻雜硅鋁固載T^2前軀體；(6)將步驟(5)得到的前軀體放入電熱爐中進行燒結，先以3°C/min的升溫速率升溫到350°C，保溫2h，再升溫到450°C 800°C燒結10h，得到氮摻雜硅鋁固載TW2多孔陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷的制備方法，分別以水溶性無機硅鹽、水溶性無機鈦鹽、水溶性無機鋁鹽為硅源、鈦源和鋁源，以尿素為氮源，以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑反應生成懸浮液D，然后將該懸浮液移入水熱釜中進行水熱反應，水熱反應完后，洗滌、抽濾，得濾泥，將濾泥造粒成型后干燥，得氮摻雜硅鋁固載TiO2前軀體，最后將氮摻雜硅鋁固載TiO2前軀體進行燒結，即得氮摻雜硅鋁固載TiO2多孔陶瓷。本發(fā)明以尿素為氮源，在水熱的高溫高壓條件下，尿素中的N-H鍵能夠取代Ti-O鍵中的氧，以化學鍵形式牢固結合，實現(xiàn)有效摻雜；并且氮進入TiO2晶格，產生的晶格畸變能夠拓寬TiO2的光響應范圍，增加可見光下的光催化活性。
文檔編號C04B38/00GK102408246SQ20111022134
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權日2011年8月5日
發(fā)明者劉昌濤, 孫宗泉, 張超武, 徐彬, 焦楊, 王芬, 肖玲, 趙藝 申請人:陜西科技大學