專利名稱：高性能二氧化鈦光催化納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的是高性能二氧化鈦納米光催化材料的制備方法，屬于自清潔
背景技術(shù)：
在光催化應(yīng)用領(lǐng)域中，具有良好光催化特性的二氧化鈦納米材料具有非常 廣闊的應(yīng)用前景。對于二氧化鈦光催化材料的制備工藝而言，化學(xué)合成法有利 于工業(yè)化，但目前化學(xué)法采用的合成原料多為四氯化鈦、四氟化鈦、鈦酸丁酯、 鈦酸異丙酯等試劑，這些鈦鹽不僅對人體有害，而且在空氣中容易潮解，對制 備溫度和設(shè)備的要求非常苛刻，其制備方法工業(yè)化困難。若采用不易潮解、無 毒的鈦鹽為原料，摸索一套簡單溫和的條件下制備具有優(yōu)良光催化性質(zhì)的二氧 化鈦納米材料的新方法，不僅有利于推廣其工業(yè)化生產(chǎn)，而且可以通過二氧化 鈦微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控使其光催化性能獲得幾倍乃至幾十倍的提高。對于增強(qiáng)光電 轉(zhuǎn)換器的性能，提高光催化材料降解效率而言，研究開發(fā)具有較高光催化性能 的二氧化鈦納米材料具有重要意義。
化學(xué)物質(zhì)的性能不僅取決于其化學(xué)組成，還往往取決于組成結(jié)構(gòu)以及制備 方法，我們主要是通過液相條件下對納米材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控來提高二氧化鈦 的光催化性能。依據(jù)二氧化鈦的光催化作用原理，當(dāng)二氧化鈦比表面積增大時， 既有利于增加光催化活性點(diǎn)，又有利于對氧氣、水蒸汽和分解底物的吸附，從 而提高材料的光催化活性。通過調(diào)整二氧化鈦納米材料的微觀形貌可以顯著增 加其比表面積，如果在提高二氧化鈦納米材料的外表面積的同時，將其微觀形 貌調(diào)控為空心結(jié)構(gòu)，其光催化活性也將大大提高。例如，同樣采用溶劑熱合成法，并通過納米金顆粒的復(fù)合，可以提高二氧化鈦空心微球的光催化性能，但 是需要60(TC下煅燒而且其制備步驟復(fù)雜。同樣采用水熱法，以草酸鈦鉀為原料，
合成出了二氧化鈦空心微球，比表面積提高到了130.2mVg，光催化性能較二氧
化鈦納米棒略有提高，但其光催化降解效率有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過對二氧化鈦納米材料微觀形貌的調(diào)控開發(fā)一系列高性 能的光催化材料。
為了解決目前二氧化鈦納米光催化材料制備中存在的諸多問題，本發(fā)明采 用簡單的溶劑熱法，通過改變制備參數(shù)獲得到了不同微觀形貌的二氧化鈦納米 帶狀花、納米棒狀花和納米棒自組裝空心球材料，通過微觀形貌的改變，最終 制備出了具有良好光催化性質(zhì)的二氧化鈦納米材料。
所述高性能二氧化鈦光催化納米材料的制備方法，以雙氧水和草酸鈦鉀為 原料進(jìn)行液相反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)液相反應(yīng)體系的實驗參數(shù)，制備具有不同微觀形 貌光催化性質(zhì)二氧化鈦納米材料，所述方法具體制備工藝為
1) 先配制草酸鈦鉀水溶液加入燒瓶中作為母液，然后向母液中直接加入或
逐滴加入H202以進(jìn)行液相反應(yīng)；
2) 待混合溶液反應(yīng)完全后繼續(xù)攪拌10 200min,將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓 反應(yīng)釜，150 30(TC加熱處理10min 24h后自然冷卻至室溫；
3) 沉淀清洗處理后，在恒溫干燥箱中60 7(TC烘干3h，即得二氧化鈦納米 材料。
所述草酸鈦鉀水溶液的濃度為0.01~0.1 mol/L，雙氧水的濃度為5 12mol/L，雙氧水和草酸鈦鉀摩爾比為100:1 2000:1。
所述二氧化鈦納米材料為納米帶狀花、納米棒狀花或納米棒自組裝空心球材料中的一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用的原料都是普通的工業(yè)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，沒有進(jìn)行 任何處理，因此這種光催化材料具有低的成本，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是所得二氧化鈦?zhàn)越M裝納米材料的掃描電鏡照片。
圖2是所得二氧化鈦納米棒自組裝空心球光催化降解羅丹明B的紫外吸收 光譜圖。
具體實施例方式
具體實施過程中所用雙氧水(^202)，草酸鈦鉀(PTO)和羅丹明B (RB)均為 工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，所有原料未經(jīng)任何處理。 實施例1 二氧化鈦納米帶狀花的制備
以15mL 0.06mol/L的草酸鈦鉀(PTO)水溶液為母液，取PTO與H202的摩爾 比為1:200，混合溶液反應(yīng)完全后繼續(xù)攪拌10min，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng) 釜，15(TC加熱處理0.5h后自然冷卻至室溫，沉淀清洗處理后在恒溫千燥箱中 60 7(TC烘干3h即得二氧化鈦納米棒狀花材料(見圖la，圖lb)。
實施例2 二氧化鈦納米棒狀花的制備
以15mL 0.06mol/L的草酸鈦鉀(PTO)水溶液為母液，取PTO與H202的摩爾 比為1:2000，混合溶液反應(yīng)完全后繼續(xù)攪拌10min，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng) 釜，20(TC加熱處理5h后自然冷卻至室溫，沉淀清洗處理后在恒溫干燥箱中 60 70。C烘干3h即得二氧化鈦納米棒狀花材料(見圖lc，圖ld)。
實施例3 二氧化鈦納米棒自組裝空心球的制備
以15mL 0.06mol/L的草酸鈦鉀(PTO)水溶液為母液，按PTO與H202的摩爾 比為1:200，向PTO溶液中逐滴加入0.18mo1 H202，滴加完畢攪拌0.5h后將所得溶液移入反應(yīng)釜，15(TC加熱處理5h自然冷卻后，將所得沉淀清洗處理在恒 溫干燥箱中60 70。C烘干3h后即得二氧化鈦納米棒自組裝空心球材料(見圖le， 圖lf)。
實施例4 二氧化鈦納米材料光催化降解羅丹明B
以100mL l.OX 10—5mol/L的羅丹明B溶液為目標(biāo)降解物，向該溶液中分別 加入10mg不同形貌的二氧化鈦納米棒狀花、納米帶狀花和納米棒自組裝空心球 材料粉末，在250WHg燈照射下進(jìn)行光降解試驗，以羅丹明B在550nm處的特 征吸收峰強(qiáng)度的改變來表征二氧化鈦納米材料對其的光降解效率，結(jié)果證明在 此光催化條件下空心球光催化性能最佳。
圖2為二氧化鈦納米棒自組裝空心球?qū)α_丹明B降解的紫外掃描光譜圖。 如圖2所示，光催化反應(yīng)僅10min后72%的羅丹明B已被空心球分解，30min 后羅丹明B的吸收峰幾乎為零，二氧化鈦納米棒自組裝空心球在半小時內(nèi)對目 標(biāo)降解物的光降解率高達(dá)98.5%。
權(quán)利要求
1. 高性能二氧化鈦光催化納米材料的制備方法，以雙氧水和草酸鈦鉀為原料進(jìn)行液相反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)液相反應(yīng)體系的實驗參數(shù)，制備具有光催化性質(zhì)的二氧化鈦納米材料，其特征在于，所述方法具體制備工藝為1)先配制草酸鈦鉀水溶液加入燒瓶中作為母液，然后向母液中直接加入或逐滴加入H2O2以進(jìn)行液相反應(yīng)；2)待混合溶液反應(yīng)完全后繼續(xù)攪拌10～200min，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，150～300℃加熱處理10min～24h后自然冷卻至室溫；3)沉淀清洗處理后，在恒溫干燥箱中60～70℃烘干3h，即得二氧化鈦納米材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述草酸鈦鉀水溶液的濃度 為O.01~0.1mol/L，雙氧水的濃度為5 12mol/L，雙氧水和草酸鈦鉀摩爾比為 100:1 2000:1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化鈦納米材料為納 米帶狀花、納米棒狀花或納米棒自組裝空心球材料中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了自清潔光催化領(lǐng)域高性能二氧化鈦光催化納米材料的制備方法。利用未經(jīng)任何處理的雙氧水，草酸鈦鉀為原料，通過簡單的溶劑熱法制備出了多種微觀形貌可調(diào)、高光催化性質(zhì)的二氧化鈦納米材料。本發(fā)明具有操作簡單，成本低，產(chǎn)物光催化性能良好，適合工業(yè)生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號B01J21/06GK101444726SQ20081024656
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者劉云鵬, 呂玉珍, 李成榕, 杜岳凡, 楊迎建, 汪佛池, 煒 蔡, 勇 陳 申請人:華北電力大學(xué)