本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米二氧化鈦的制備方法。

背景技術(shù)：

二氧化鈦無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，而納米二氧化鈦不僅繼承了普通二氧化鈦的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其顆粒的尺度介于分子、原子與塊狀材料之間，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了塊狀材料所不具有的表面效應(yīng)和量子效應(yīng)等，使得納米二氧化鈦具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。納米二氧化鈦的制備方法較多，如化學(xué)氣相沉積法、醇鹽水解法、化學(xué)沉淀法、水熱制備法、固相法和溶膠凝膠法等，其中溶膠凝膠法制備簡單，操作便利，條件易控，能制備顆粒大小較均勻的光催化劑，是光催化劑的常用制備方法。

然而，以下兩方面內(nèi)容限制了溶膠凝膠法制備納米二氧化鈦的應(yīng)用。其一，納米二氧化鈦的比表面積大，處于非熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，顆粒相互鏈接，而鏈狀結(jié)構(gòu)彼此又以氫鍵相互作用，因此極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，而納米二氧化鈦表面存在大量羥基而呈現(xiàn)親水性，難以在有機(jī)溶液中均勻分散。其二，溶膠凝膠法制備的納米二氧化鈦需要經(jīng)過熱處理才會(huì)顯示出很好的晶型，而熱處理如煅燒環(huán)節(jié)會(huì)降低納米二氧化鈦的光催化效果。

為了提高納米二氧化鈦的光催化活性，避免在制備中使用高溫而帶來的副作用，離子摻雜是目前較為常用的改性方法。非金屬摻雜型催化劑引入的摻雜元素包括：碳、氮、硫、硼、磷、鹵素等。金屬摻雜型催化劑如三價(jià)鐵離子、四價(jià)釩離子、五價(jià)鉬離子和一些稀土元素。然而，單一元素的摻雜對(duì)催化效果的提高還沒有達(dá)到令研究者滿意的程度。通過理論計(jì)算分析，有人認(rèn)為某些元素搭配共摻雜對(duì)半導(dǎo)體光催化過程會(huì)有很大的幫助。相關(guān)有報(bào)道表明，非補(bǔ)償性陰、陽離子(鉻、氮組合)共摻雜對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體如二氧化鈦帶隙變窄非常有利，摻雜后的樣品可見區(qū)域吸收明顯增強(qiáng)，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單一的氮摻雜樣品，但鉻離子有毒的特性又限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種納米二氧化鈦的制備方法，所得的二氧化鈦具有良好的光催化性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

納米二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：

S1、將20～40重量份聚乙二醇和30～50重量份去離子水混合，依次加入硼酸和尿素，攪拌后加入氟鈦酸銨，調(diào)節(jié)pH值在3～6之間，攪拌后得到第一溶液；

S2、將25～35重量份鈦酸丁酯在0.6MPa的壓力下溶于所述第一溶液中，攪拌后得到第二溶液；

S3、將20～30重量份的三氯化鐵加入到4～6重量份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的殼聚糖醋酸溶液中，超聲波分散10min，得第三溶液；

S4、向所述第二溶液中加入5～13重量份鈦酸酯偶聯(lián)劑和3～7重量份聚苯乙烯，超聲分散后攪拌，在0.6MPa的壓力下，與第三溶液混合均勻后，加熱至83～100℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，離心分離后得到納米二氧化鈦。

優(yōu)選地，所述氟鈦酸銨在第一溶液中的濃度為0.1～0.5mol/L。

優(yōu)選地，所述尿素在第一溶液中的濃度為0.2～0.4mol/L。

優(yōu)選地，所述第一溶液中硼酸和氟鈦酸銨的摩爾比為5:1～1:2。

優(yōu)選地，所述殼聚糖醋酸溶液通過以下步驟制備所得：

配制100mL 2％的醋酸溶液，然后在醋酸溶液中加入2g殼聚糖粉末，攪拌24h，至溶液透明均勻，沒有氣泡，配制成2％的殼聚糖醋酸溶液。

優(yōu)選地，所述步驟S2中攪拌的時(shí)間為0.5～1.5h。

優(yōu)選地，所述步驟S4中超聲分散的時(shí)間為25～35min。

本發(fā)明具有以下有益效果：

氟鈦酸銨在硼酸作用下，同時(shí)摻雜非金屬元素氮、氟、硼，增強(qiáng)了納米二氧化鈦的光催化作用；三氯化鐵與非金屬元素的共摻雜產(chǎn)生協(xié)同作用，從而大大提高納米二氧化鈦的催化活性，同時(shí)協(xié)同殼聚糖的添加，進(jìn)一步提高了納米二氧化鈦的催化活性。其次，鈦酸丁酯水解生成納米二氧化鈦溶膠的同時(shí)，采用鈦酸酯偶聯(lián)劑和聚苯乙烯直接對(duì)其改性，工藝簡單，反應(yīng)條件溫和；再次，本發(fā)明的納米二氧化鈦經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑和聚苯乙烯改性之后具有良好的熱穩(wěn)定性和分散性。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以下實(shí)施例中，所使用的殼聚糖醋酸溶液通過以下步驟制備所得：

配制100mL 2％的醋酸溶液，然后在醋酸溶液中加入2g殼聚糖粉末，攪拌24h，至溶液透明均勻，沒有氣泡，配制成2％的殼聚糖醋酸溶液。

實(shí)施例1

納米二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：

S1、將20重量份聚乙二醇和30重量份去離子水混合，依次加入硼酸和尿素，攪拌后加入氟鈦酸銨，調(diào)節(jié)pH值在3～6之間，攪拌后得到第一溶液；

S2、將25重量份鈦酸丁酯在0.6MPa的壓力下溶于所述第一溶液中，攪拌0.5～1.5h后，得到第二溶液；

S3、將20重量份的三氯化鐵加入到4重量份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的殼聚糖醋酸溶液中，超聲波分散10min，得第三溶液；

S4、向所述第二溶液中加入5重量份鈦酸酯偶聯(lián)劑和3重量份聚苯乙烯，超聲分散25～35min后，攪拌，在0.6MPa的壓力下，與第三溶液混合均勻后，加熱至83～100℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，離心分離后得到納米二氧化鈦。

其中，氟鈦酸銨在第一溶液中的濃度為0.1～0.5mol/L；所述尿素在第一溶液中的濃度為0.2～0.4mol/L；所述第一溶液中硼酸和氟鈦酸銨的摩爾比為5:1～1:2。

實(shí)施例2

納米二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：

S1、將40重量份聚乙二醇和50重量份去離子水混合，依次加入硼酸和尿素，攪拌后加入氟鈦酸銨，調(diào)節(jié)pH值在3～6之間，攪拌后得到第一溶液；

S2、將35重量份鈦酸丁酯在0.6MPa的壓力下溶于所述第一溶液中，攪拌0.5～1.5h后，得到第二溶液；

S3、將30重量份的三氯化鐵加入到6重量份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的殼聚糖醋酸溶液中，超聲波分散10min，得第三溶液；

S4、向所述第二溶液中加入13重量份鈦酸酯偶聯(lián)劑和7重量份聚苯乙烯，超聲分散25～35min后，攪拌，在0.6MPa的壓力下，與第三溶液混合均勻后，加熱至83～100℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，離心分離后得到納米二氧化鈦。

其中，氟鈦酸銨在第一溶液中的濃度為0.1～0.5mol/L；所述尿素在第一溶液中的濃度為0.2～0.4mol/L；所述第一溶液中硼酸和氟鈦酸銨的摩爾比為5:1～1:2。

實(shí)施例3

納米二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：

S1、將30重量份聚乙二醇和40重量份去離子水混合，依次加入硼酸和尿素，攪拌后加入氟鈦酸銨，調(diào)節(jié)pH值在3～6之間，攪拌后得到第一溶液；

S2、將30重量份鈦酸丁酯在0.6MPa的壓力下溶于所述第一溶液中，攪拌0.5～1.5h后，得到第二溶液；

S3、將25重量份的三氯化鐵加入到5重量份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的殼聚糖醋酸溶液中，超聲波分散10min，得第三溶液；

S4、向所述第二溶液中加入9重量份鈦酸酯偶聯(lián)劑和5重量份聚苯乙烯，超聲分散25～35min后，攪拌，在0.6MPa的壓力下，與第三溶液混合均勻后，加熱至83～100℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，離心分離后得到納米二氧化鈦。

其中，氟鈦酸銨在第一溶液中的濃度為0.1～0.5mol/L；所述尿素在第一溶液中的濃度為0.2～0.4mol/L；所述第一溶液中硼酸和氟鈦酸銨的摩爾比為5:1～1:2。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。