專利名稱：一種具有可見光催化活性的TiO₂粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學領(lǐng)域，具體涉及一種具有可見光催化活性的T^2粉體及其制備方法。
背景技術(shù)：
TiO2是一種具有廣闊應(yīng)用前景的重要功能材料，具有良好的光催化活性、耐腐蝕性、強紫外線屏蔽能力以及電致變色性等獨特的功能，近年來在水資源保護、涂料和汽車工業(yè)、傳感器和光催化等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。TW2能作為光催化劑處理污水，在紫外線照射條件下，能夠降解3000多種難降解的有機化合物。我國近幾十年來工業(yè)化程度的提高，導致了水污染的加重，給生態(tài)環(huán)境乃至人們的健康帶來了很大的威脅，國家在制定排污標準的同時也加大了抗污的投入，發(fā)展有效地水污染處理技術(shù)是不容忽視的，TiO2光催化處理污水的技術(shù)在污水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，制備TiA粉體的方法主要有液相沉積法、化學氣相沉積法和磁控濺射法等，但是利用這些方法制備出的TiO2光催化劑只在紫外光下具有較好的光催化活性，而在可見光下基本無光催化效果，而且這些方法的設(shè)備和工藝復雜，工藝所需的溫度較高，制備出的TiO2粉體的純度不高，分散性不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有可見光催化活性的TiO2 粉體及其制備方法，本發(fā)明的TiO2粉體在廣譜范圍內(nèi)，即在紫外光及可見光的照射下都有較強的光吸收和光響應(yīng)，是一種具有一定可見光催化活性的TW2粉體，制備工藝簡單、設(shè)備低廉，反應(yīng)過程容易控制。本發(fā)明的具有可見光催化活性的TiO2粉體的晶相組成為，按重量百分比，銳鈦礦型 TiA :90-100wt%，金紅石型 TiA :0_10wt%。本發(fā)明制備具有可見光催化活性的TiA粉體的技術(shù)方案按照以下步驟進行
(1)制備前驅(qū)液A將5-25ml鈦酸四正丁酯邊攪拌邊滴加到10_35ml無水乙醇中，再滴入I-IOml冰醋酸，經(jīng)過20-50min的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液即前驅(qū)液A ；
(2)制備滴加液B:將5-20ml二次蒸餾水和5_15ml無水乙醇配成溶液，加入鹽酸調(diào)整溶液PH值，攪拌10-30min，得到pH值為1_5的滴加液B ；
(3)制備TW2濕溶膠將滴加液B滴加到前驅(qū)液A中，在水浴中于50-70°C恒溫攪拌 2h-4h后，得到均勻透明的淡黃色TW2濕溶膠，靜置15小時后備用；
(4)制備TW2干凝膠將得到的TW2濕溶膠在真空干燥箱中于50-80°C干燥M-72h， 得到TW2干凝膠；
(5)制備TW2粉體將TW2干凝膠研磨后，在氧化氣氛和常壓下于400-60(TC煅燒 2-5h，升溫速率為5-10°C /min，對煅燒并冷卻至室溫后得到的TW2粉末研磨，即獲得具有可見光催化活性的TiO2粉體。
其中步驟(1)、(2)和(3)中所述的攪拌速度為200-300r/min。步驟(1)中所述的滴加速度由蠕動泵控制，其數(shù)值為0. 7-lml/min。步驟(3)中所述的滴加速度由蠕動泵控制，其數(shù)值為0. 1-0. ^il/min。步驟(2)中所述的鹽酸濃度為0. 1 -12 mol/1。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是
本發(fā)明所提供的具有光催化活性的TiO2粉體以鈦酸四正丁酯為原料，反應(yīng)物在液相下均勻混合并進行反應(yīng)，生成穩(wěn)定的溶膠體系，經(jīng)放置一段時間轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，因凝膠的生成，凝膠中顆粒間結(jié)構(gòu)的固定化，還可有效抑制顆粒的生長和團聚過程，因而粉體粒度細且單分散性小，在溶膠或者凝膠狀態(tài)下成型，在低于傳統(tǒng)燒成溫度下煅燒形成氧化物，工藝簡便，制備成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。本發(fā)明所提供的評價TW2粉體光催化活性的方法中，并沒有調(diào)整有機污染物的pH 值，這樣就抑制了暗態(tài)吸附對T^2粉體光催化活性的影響，一般認為，酸性條件下污染物易于吸附，導致TiO2粉體光催化效果顯著增大，使得評價結(jié)果偏離真實情況；而本發(fā)明中未調(diào)整污染物PH值，因而所得數(shù)值更加真實描述所制備TW2粉體光催化效果。本發(fā)明的顯著進步在于制備的T^2粉體分別在紫外光源及可見光源下，即波長范圍250-600nm的光激發(fā)下都具有較強的光吸收和光響應(yīng)，從而顯著提高了 TW2的光催化活性，能利用太陽光等可見光源，有效的光降解水中有機和無機污染物，并具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，為太陽光催化降解污染物的實際應(yīng)用提供了平臺。


圖1為本發(fā)明實施例1的TiA粉體產(chǎn)品的X射線衍射圖譜，圖中▲代表銳鈦礦型 TiO2，其含量為100wt% ；
圖2為本發(fā)明實施例2的T^2粉體光產(chǎn)品的X射線衍射圖譜，圖中▲代表銳鈦礦型 TiO2, ▼代表金紅石TiO2,各晶相含量為銳鈦礦型91wt%，金紅石型9wt%。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明 本發(fā)明實施例選用的鈦酸四正丁酯、無水乙醇、冰醋酸和鹽酸為普通分析純級； 本發(fā)明實施例選用的蒸餾水為二次蒸餾水；
本發(fā)明實施例中采用的控制液體流速設(shè)備為BT100-2J型蠕動泵； 本發(fā)明實施例中采用的烘干設(shè)備為QLF-6050型真空干燥箱； 本發(fā)明實施例中采用的焙燒設(shè)備為DC-B型馬弗爐；
本發(fā)明實施例中采用的光催化性能評價設(shè)備為XPA-7型多試管攪拌光化學反應(yīng)儀； 本發(fā)明實施例中采用為UV-2550型紫外可見分光光度計，分析甲基橙溶液濃度變化； 本發(fā)明實施例中采用X'PertHighkorePlus軟件，分析樣品的晶相結(jié)構(gòu)并利用半定量分析方法分析樣品的晶相含量，分析儀器為D/maX-2550PC型多晶X射線衍射儀。實施例1
(1)制備前驅(qū)液A 將5ml鈦酸四正丁酯邊攪拌邊滴加到20ml的無水乙醇中，再滴入 3ml冰醋酸，經(jīng)過20min的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液即前驅(qū)液A ；(2)制備滴加液B:將5ml二次蒸餾水和IOml無水乙醇配成的溶液，用鹽酸調(diào)整溶液 pH=2，攪拌20min,得到滴加液B ；
(3)制備TiO2濕溶膠將滴加液B滴加到前驅(qū)液A中，水浴50°C恒溫攪拌4h后，得到均勻透明的淡黃色TW2濕溶膠，靜置15小時后備用；
(4)制備TiO2干凝膠將TiO2濕溶膠在真空干燥箱中于60°C干燥72h，得到TiO2干凝
膠；
(5)制備TiA粉體將TiA干凝膠研磨后，在氧化氣氛和常壓下于40(TC煅燒3h，升溫速率為5°C /min，對上述經(jīng)煅燒活化、冷卻后得到的TW2粉末研磨，即獲得具有光催化活性的TiO2粉體。其中所述的攪拌速度為200r/min，步驟(1)中滴加速度為0. 7ml/min，步驟(3)中滴加速度為0. lml/min。評價催化劑樣品的光催化活性的方法為稱取0. 015g的催化劑加入50ml含有甲
基橙溶液(質(zhì)量濃度為10mg/l)的儲液槽中，通過磁力攪拌維持反應(yīng)器中催化劑處于懸浮狀
態(tài)，通過蠕動泵使得反應(yīng)液在儲液槽和反應(yīng)器中循環(huán)。光催化反應(yīng)過程中，分別以汞燈和金
鹵燈為輻照光源，每隔5min取樣。樣品經(jīng)離心、過濾后，測定其吸光度，并根據(jù)標準曲線換
算成為相應(yīng)的濃度。催化劑的催化活性通過測定甲基橙脫色率來評價。計算公式為
權(quán)利要求
1.一種具有可見光催化活性的TiO2粉體，其特征在于晶相組成，按重量百分比為銳鈦礦型 TiA :90-100wt%，金紅石型 TiA :0_10wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有可見光催化活性的T^2粉體的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行(1)制備前驅(qū)液A將5-25ml鈦酸四正丁酯邊攪拌邊滴加到10_35ml無水乙醇中，再滴入I-IOml冰醋酸，經(jīng)過20-50min的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液即前驅(qū)液A ；(2)制備滴加液B:將5-20ml二次蒸餾水和5_15ml無水乙醇配成溶液，加入鹽酸調(diào)整溶液PH值，攪拌10-30min，得到pH值為1_5的滴加液B ；(3)制備TW2濕溶膠將滴加液B滴加到前驅(qū)液A中，在水浴中于50-70°C恒溫攪拌 2h-4h后，得到均勻透明的淡黃色TW2濕溶膠，靜置15小時后備用；(4)制備TW2干凝膠將得到的TW2濕溶膠在真空干燥箱中于50-80°C干燥M-72h， 得到TW2干凝膠；(5)制備TW2粉體將TW2干凝膠研磨后，在氧化氣氛和常壓下于400-60(TC煅燒 2-5h，升溫速率為5-10°C /min，對煅燒并冷卻至室溫后得到的TW2粉末研磨，即獲得具有光催化活性的納米TiO2粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有可見光催化活性的T^2粉體的制備方法，其特征在于步驟(1)、(2)和(3)中所述的攪拌速度為200-300r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有可見光催化活性的T^2粉體的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的滴加速度為為(0. 7-1 )ml/min,步驟(3)中的滴加速度為(0. 1-0. 4)ml/ min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有可見光催化活性的T^2粉體的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的鹽酸濃度為(0. 1-0. 12)mol/l。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有可見光催化活性的T^2粉體的制備方法，其特征在于制備得到的納米TiO2粉體的晶相組成，按重量百分比為銳鈦礦型TiA :90-100wt%，金紅石型 TiA :0-10wt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學領(lǐng)域，具體涉及一種具有可見光催化活性的TiO2粉體及其制備方法。本發(fā)明的TiO2粉體各晶相含量范圍為銳鈦礦(TiO2)90-100wt%，金紅石(TiO2)0-10wt%，其制備過程要點是，以鈦酸四正丁酯、無水乙醇和冰醋酸為原料制備前驅(qū)液A，將二次蒸餾水和無水乙醇配成溶液，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值1-5，制備滴加液B，將滴加液B滴加到前驅(qū)液A中,水浴恒溫攪拌，靜置一段時間再經(jīng)烘干、研磨和煅燒，即獲得具有較高光催化活性的TiO2粉體。本發(fā)明的TiO2粉體在廣譜范圍內(nèi)，即在紫外光及可見光的照射下都有較強的光吸收和光響應(yīng)，是一種具有可見光催化活性的TiO2粉體，其制備工藝簡單、設(shè)備低廉，反應(yīng)過程容易控制。
文檔編號B01J21/06GK102515271SQ20111043405
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者夏小倩, 薛向欣, 雷雪飛 申請人:東北大學秦皇島分校