一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法。本發(fā)明利用三嵌段共聚物作為表面活性劑，以正硅酸乙酯為硅源，以納米二氧化鈦粒子為鈦源，利用溶膠-凝膠法制備含鈦介孔二氧化硅。該材料成分構(gòu)成及配比為：SiO2∶TiO2質(zhì)量比為(100-80)∶(0-20)，其比表面積為200-500cm2/g，介孔孔徑為5-50nm，孔徑均一可調(diào)。本制備方法條件溫和，簡(jiǎn)單易行，環(huán)境友好，重復(fù)性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。所得材料在生物醫(yī)用及環(huán)境修復(fù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料和環(huán)境修復(fù)材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]具有微孔、介孔等多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅材料(SiO2)由于其高的比表面積、良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，作為吸附劑在水環(huán)境中污染物的去除方面有廣泛的應(yīng)用(Hideyuki N，Yuzo TiKana M，et al.Environ.Sc1.Technol.，2007，41，2190 ；Anh L P，F(xiàn)iona M D，David L
S,Environ.Sc1.Technol.，2012，46，1055)。但是純的二氧化娃材料自身的一些性質(zhì)限制了它在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用，例如，由于其表面疏水作用而無(wú)法去除溶解在水溶液中的有機(jī)污染物，二氧化硅粒子在水溶液中容易團(tuán)聚而堵塞給水管網(wǎng)等。針對(duì)二氧化硅性能的改進(jìn)，摻雜各種金屬和有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物的二氧化娃改性材料應(yīng)運(yùn)而生，并且在環(huán)境修復(fù)方面有一定的應(yīng)用。例如=David等將枝狀聚合物聚丙烯偕胺肟涂在二氧化硅表面形成二氧化硅-聚合物復(fù)合材料，由于在PH值為5-8的條件下，聚丙烯偕胺肟能夠和地下水中的UO22+形成穩(wěn)定的配位化合物，而不與地下水中的其他陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+等)作用，因此利用該材料選擇性的去除地下水中的鈾離子,而不對(duì)地下水的其他物質(zhì)產(chǎn)生影響(David B, Douglasi S，Terencep K, et al.Environ.Sc1.Technol.，2003, 37,4011)。Sagar 等將羧基甲基多糖-聚丙烯酰胺-二氧化硅材料用于處理染料廢水，由于羧基、甲基、氨基和亞甲基藍(lán)分子之間存在相互作用(氫鍵、范德華力、靜電作用)，功能化了的二氧化硅復(fù)合材料表現(xiàn)出對(duì)亞甲基藍(lán)優(yōu)異的吸附性能。Xie等[10]利用PdCu/Si02_Al203作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了高選擇性催化地下水脫硝反應(yīng)，硝酸根的轉(zhuǎn)化率為90.2% (Sagar P, Ghorai S, Das C, et al, Ind.Eng.Chem.Res.，2012，51，15546)。
[0003]二氧化鈦(TiO2)作為一種有效的半導(dǎo)體光催化劑被廣泛用于環(huán)境治理，摻雜了二氧化硅的二氧化鈦復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)和催化性能上優(yōu)于純二氧化鈦材料，引起了人們的廣泛關(guān)注(Hong S S, Lee M S, Park S S, et al, Catal.Today, 2003,87,99 ；Phanikrishna SM V, Durga K V, Machiraju S, J.Hazard.Mater.,2010,175,1101)。但是，目前關(guān)于二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法還比較少。本發(fā)明的制備方法是在二氧化硅的合成過(guò)程中摻雜納米二氧化鈦粒子，得到了二氧化鈦粒子均勻分布的介孔二氧化硅材料，該材料既具有二氧化硅的介孔結(jié)構(gòu)，又保持了二氧化鈦原有的晶型，兼具了介孔二氧化硅和二氧化鈦共同的性質(zhì)，有望在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，本制備方法條件溫和，簡(jiǎn)單易行，環(huán)境友好。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，產(chǎn)率高。
[0005]本發(fā)明所述的含鈦介孔二氧化硅的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)表面活性劑加入到無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；[0007]2)按照設(shè)定比例依次將硅源、納米二氧化鈦粒子、稀酸加入水溶液中；
[0008]3)將步驟I)所得混合液與步驟2)所得混合液充分混合，恒溫?cái)嚢?4小時(shí)；
[0009]4)將步驟3)所得溶膠倒入器皿中，使溶劑充分揮發(fā)；
[0010]5) 6000C _900°C焙燒6_9小時(shí)，得到含鈦介孔二氧化硅材料。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本制備方法條件溫和，簡(jiǎn)單易行，重復(fù)性好，產(chǎn)率高，環(huán)境友好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0013]所制備的含鈦介孔二氧化硅材料由于有較高的比表面積和均一可調(diào)的介孔孔徑，因此具有多孔材料的吸附功能；材料中含有納米二氧化鈦，因而具有光催化特性。兼具吸附及光催化功能的含鈦介孔二氧化硅材料有望在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔二氧化硅的透射電鏡圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔二氧化硅的XRD圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔二氧化硅的小角XRD圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔二氧化硅的氮?dú)馕?脫附曲線及孔徑分布曲線。其中，(a)為氮?dú)馕?脫附曲線，(b)為孔徑分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明:
[0019]實(shí)施例1:
[0020]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液:按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為95: 5依次將正硅酸乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、
0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，800°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為95: 5依次將正硅酸乙酯、晶型為金紅石的納米二氧化鈦粒子、
0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，800°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。
[0023]實(shí)施例3:
[0024]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為90: 10依次將正硅酸乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。
[0025]實(shí)施例4:
[0026]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為80: 20依次將正硅酸乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置5天，600°C焙燒6小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。[0027]實(shí)施例5:
[0028]8g表面活性劑F127加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為90: 10依次將正硅酸乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。
[0029]實(shí)施例6:
[0030]3.6g表面活性劑F104加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2: TiO2的質(zhì)量比為90: 10依次將正硅酸乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦二氧化硅材料。
[0031 ]在上述實(shí)施例中，PU3 為 EO2qPO7qEO2q, F127 為 E01(l6P07(lE01(l6，F(xiàn)104 為 EO27PO61EO27,其中EO為環(huán)氧乙烯，PO為環(huán)氧丙烯。
【權(quán)利要求】
1.一種含鈦介孔二氧化娃的制備方法，其特征在于，其組成成分為(SiO2)n-(TiO2)m,SiO2: TiO2的質(zhì)量比為(100-80): (0-20)，其比表面積為200-500cm2/g，介孔孔徑為5-50nm,孔徑均一可調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)表面活性劑加入到無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液； 2)按照設(shè)定比例依次將硅源、納米二氧化鈦粒子、稀酸加入水溶液中； 3)將步驟I)所得混合液與步驟2)所得混合液充分混合，恒溫?cái)嚢?4小時(shí)； 4)將步驟3)所得溶膠倒入器皿中，使溶劑充分揮發(fā)； 5)6000C _900°C焙燒6-9小時(shí)，得到含鈦介孔二氧化硅材料。
3.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征是反應(yīng)溫度為室溫。
4.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征是所用表面活性劑為聚環(huán)氧乙烯作為親水嵌段、聚環(huán)氧丙烯作為疏水嵌段的三嵌段共聚物，其分子式為EOnPOmEOn, η = 20-140，m = 50-100，其中EO為環(huán)氧乙烯，PO為環(huán)氧丙烯。
5.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征是所用硅源為正硅酸乙酯。
6.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征是所述納米二氧化鈦粒子為金紅石型或銳鈦礦型。
7.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔二氧化硅的制備方法，其特征是所述納米二氧化鈦粒子粒徑為5-10nm。
【文檔編號(hào)】B01J21/08GK103691391SQ201310702918
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】李麗穎, 王含, 臧雪松, 陳璐, 史歡睿 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)