專利名稱：一種納米多孔二氧化鈦光催化材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在常壓下制備具有光催化性能的納米二氧化鈦塊體材料的方法。
背景技術(shù)：
具有多相光催化性能的半導(dǎo)體包括W03、Ti02、CdS、ZnS、Zn0、Fe203、CdSe等。相比 較而言，TiO2來源豐富，價(jià)格低廉，其光電化學(xué)性能十分穩(wěn)定，耐光腐蝕，并且具有較深的價(jià) 帶能級(jí)，可使一些吸熱反應(yīng)在光照射的TiO2微粒表面得以實(shí)現(xiàn)和加速，更重要的是TiO2本 身對(duì)人體和微生物無毒性，是理想的環(huán)保型光催化劑。催化用TiO2多為粉體或者薄膜。將TiO2粉末與其它助劑混合后，均勻分散在水溶 液中，通過調(diào)節(jié)氣流量來保持其在溶液中的懸浮狀態(tài)，這就是所謂的TiO2懸浮體系。在早期 的研究中，大都采用這種方法來去除水中的有機(jī)物，但是這樣也存在一些缺點(diǎn)，因?yàn)閼腋∫?透光性差，使光輻射受到影響，而且也很容易造成TiO2流失，同時(shí)還存在微納米粉反應(yīng)后分 離回收困難等問題?；蛘邔i02粉末通過偶聯(lián)劑與載體粘合在一起，適用于熱穩(wěn)定性差而 不能進(jìn)行高溫灼燒的載體。此法工藝簡單，對(duì)載體性質(zhì)要求不高，負(fù)載得較牢固，但因偶聯(lián) 劑多為有機(jī)物，故該法制得的光催化劑的催化活性不高，長期使用會(huì)產(chǎn)生裂痕，導(dǎo)致剝落。為了提高催化劑與目標(biāo)分子的碰撞幾率，可以通過將負(fù)載的TiO2光催化劑制成多 孔狀，增大比表面積，來達(dá)到提高其光催化活性的目的。對(duì)于薄膜型TiO2光催化劑，納米 TiO2固著性是一個(gè)重要的方面?？梢詫iO2粉體或者薄膜附著于某載體上，制作復(fù)合光催 化劑，比如通過溶膠-凝膠方法將二氧化鈦光催化劑負(fù)載在泡沫鎳、多孔陶瓷或者金屬表 面。還可以利用熱噴涂技術(shù)，制備多孔TiO2光催化涂層。TiO2的固定化解決了固一液分離 的問題，然而負(fù)載后的TiO2催化劑的活性普遍較低，其原因之一就是反應(yīng)物與負(fù)載后催化 劑的接觸不夠充分。但是使用溶膠-凝膠的方法制備多孔TiO2時(shí)，煅燒過程中TiO2的結(jié)構(gòu) 容易發(fā)生轉(zhuǎn)變，為了維持銳鈦礦型結(jié)構(gòu)必須保持低溫?zé)Y(jié)，因此材料的強(qiáng)度很低，TiO2顆粒 容易脫落，造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種常壓下經(jīng)濟(jì)方便地制備具有較高催化效率的納米多孔 二氧化鈦塊體材料的方法，具有工藝穩(wěn)定，操作簡單，便于回收、不致二次污染等優(yōu)勢。制備 出銳鈦礦型的納米TiO2塊體光催化材料，可以承受一定的壓力，可以對(duì)循環(huán)氣體、水體進(jìn)行 催化，成本低、質(zhì)量好。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種納米多孔二氧化鈦光催化材料的制備工藝，包括下述步驟(1)選擇粒度D5tl在17-20nm范圍的銳鈦礦型納米二氧化鈦?zhàn)鳛樵希?2)原料經(jīng)過造粒后在70_90MPa壓力下模壓成型制成坯體；(3)將模壓后的坯體放入空氣中加熱燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700-850°C，保溫15-25分 鐘后隨爐冷卻，得到多孔二氧化鈦塊體；
(4)通過測試，燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為15-70%、抗彎強(qiáng)度為 3. 2-24. 6MPa、混晶相中銳鈦礦含量為79-100%。上述方法中，所述混晶相中銳鈦礦含量通過以下公式計(jì)算X = I--~*100%Ia 銳鈦礦相2 θ = 25. 341的Χ-ray衍射峰的強(qiáng)度；Ib 金紅石相2 θ = 27. 479的Χ-ray衍射峰的強(qiáng)度。本發(fā)明使用氧化鈦納米晶構(gòu)筑的二氧化鈦多孔材料，通過控制燒結(jié)溫度及保溫時(shí) 間，可以在常壓及較低燒結(jié)溫度下獲得高氣孔率、高強(qiáng)度、銳鈦礦含量高的二氧化鈦塊體材 料?？捎糜诮鉀Q水污染(藍(lán)藻)，工業(yè)廢棄、室內(nèi)裝修所造成的(氣體、水體)污染。特別是 在要求催化材料具有一定強(qiáng)度的場合，更有用武之地。這種光催化材料既有較高的光催化 活性，又易于從液相和氣相中分離和回收，在液相和氣相體系中有很好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所獲樣品斷口的SEM照片。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所獲樣品的光催化效果圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例包括以下步驟(1)選擇粒度D5tl (累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑)為17nm的銳 鈦礦型納米二氧化鈦?zhàn)鳛樵希?2)造粒后在80MPa壓力下模壓成型制成坯體；(3)將模壓后的坯體放入空氣燒結(jié)爐內(nèi)加熱燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750°C，保溫20分鐘 后隨爐冷卻，得到多孔二氧化鈦塊體；(4)通過測試，燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為67%、抗彎強(qiáng)度為3. 8MPa、銳鈦 礦相含量為85%。圖1是本實(shí)施例中所獲樣品斷口的SEM照片，從照片中可以看出，燒結(jié)后樣品的晶 粒尺寸小于lOOnm，說明按照上述制備工藝獲得的二氧化鈦塊體為納米材料。圖2是本實(shí)施例中所獲樣品的光催化效果圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨催化時(shí)間的延 長，降解率逐漸升高，當(dāng)催化時(shí)間為10小時(shí)時(shí)，降解率為0. 5。實(shí)施例2本實(shí)施例同樣包括實(shí)施例1所述的四個(gè)步驟，其中不同之處在于步驟(1)中選擇銳鈦礦型納米二氧化鈦的粒度D5tl為19nm ；步驟(2)中模壓成型的壓力為70MPa ；步驟(3)中的燒結(jié)溫度為700°C，保溫15分鐘；步驟(4)中燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為70%、抗彎強(qiáng)度為3. 2MPa、銳鈦礦 相含量為100%。
實(shí)施例3本實(shí)施例同樣包括實(shí)施例1所述的四個(gè)步驟，其中不同之處在于步驟(1)中選擇銳鈦礦型納米二氧化鈦的粒度D5tl為ISnm ；步驟(2)中模壓成型的壓力為90MPa ；步驟(3)中的燒結(jié)溫度為850°C，保溫25分鐘；步驟(4)中燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為15%、抗彎強(qiáng)度為24. 6MPa、銳鈦礦 相含量為79%。實(shí)施例4本實(shí)施例同樣包括實(shí)施例1所述的四個(gè)步驟，其中不同之處在于步驟(1)中選擇銳鈦礦型納米二氧化鈦的粒度D5tl為20nm ；步驟(3)中的燒結(jié)溫度為850°C，保溫25分鐘；步驟(4)中燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為18%、抗彎強(qiáng)度為22MPa、銳鈦礦相 含量為80%。實(shí)施例5本實(shí)施例同樣包括實(shí)施例1所述的四個(gè)步驟，其中不同之處在于步驟(1)中選擇銳鈦礦型納米二氧化鈦的粒度D5tl為ISnm ；步驟(2)中模壓成型的壓力為75MPa ；步驟(3)中的燒結(jié)溫度為770。C，保溫15分鐘；步驟⑷中燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為58%、抗彎強(qiáng)度為5. 4MPa、銳鈦礦 相含量為90%。實(shí)施例1-5所獲試樣的性能測試方法1、氣孔率、強(qiáng)度的測試通過阿基米德排水法、三點(diǎn)彎曲測試強(qiáng)度氣孔率。2、晶相組成的測定通過以下公式計(jì)算樣品中銳鈦礦含量X = I--~^Ia 銳鈦礦相2 θ = 25. 341的Χ-ray衍射峰的強(qiáng)度；Ib 金紅石相2 θ = 27. 479的Χ-ray衍射峰的強(qiáng)度。3、光催化性能的測試樣品規(guī)格為長15. 60mm、寬11. 60mm，采取單面光照；測試容 器選取IOOml燒杯，測試溶液為甲基橙，其濃度為20mg/L，溶液量為20ml ；燈管與液面之間 的距離控制在4. 5cm。分別在光照他二！^處^??！力！^川??！后測定溶液的吸光度，并通過以下公式計(jì)算光
降解率。d = (C-c)/0100%式中d為降解率、C為初始吸光度、c為接受光照后某時(shí)刻吸光度。
權(quán)利要求
一種納米多孔二氧化鈦光催化材料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)選擇粒度D50在17 20nm范圍的銳鈦礦型納米二氧化鈦?zhàn)鳛樵希?2)原料經(jīng)過造粒后在70 90MPa壓力下模壓成型制成坯體；(3)將模壓后的坯體放入空氣中加熱燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700 850℃，保溫15 25分鐘后隨爐冷卻，得到多孔二氧化鈦塊體；(4)通過測試，燒結(jié)后的二氧化鈦塊體的氣孔率為15 70％、抗彎強(qiáng)度為3.2 24.6MPa、混晶相中銳鈦礦含量為79 100％。
2.如權(quán)利要求1所述的納米多孔二氧化鈦光催化材料的制備工藝，其特征在于，所述 混晶相中銳鈦礦含量通過以下公式計(jì)算X = I----* 1 QQO/Ia 銳鈦礦相2 θ = 25. 341的x-ray衍射峰的強(qiáng)度； Ib 金紅石相2 θ = 27. 479的X-ray衍射峰的強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米多孔二氧化鈦光催化材料的制備工藝，首先選擇銳鈦礦型納米二氧化鈦，粒度D50范圍在17-20nm；造粒后在70-90MPa壓力下模壓成型制成坯體；然后坯體在空氣燒結(jié)爐內(nèi)在700-850℃燒結(jié)15-25分鐘，最后可獲得氣孔率為15-70％、強(qiáng)度為3.2-24.6MPa、材料中銳鈦礦含量約79-100％，具有良好光催化性能的二氧化鈦塊體材料。本發(fā)明工藝具有利于回收、重復(fù)利用、不致二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J21/06GK101927157SQ201010278588
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者喬冠軍, 楊建鋒, 王洪業(yè), 王紅潔, 王繼平, 金海云, 鮑崇高 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)