一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，以钛酸酯为原料，辅以硅酸乙酯、氯化铁和氯化亚铁为掺杂剂，制备得到共掺杂纳米二氧化钛材料，制备思路为：将钛酸酯与硅酸乙酯溶解在具有聚乙烯吡咯烷酮和渗透剂的无水乙醇中得到溶胶液，然后将氯化铁和氯化亚铁的配位液滴定至溶胶液中，进行超声反应、陈化反应、密封反应和微沸反应，最后经过滤得到共掺杂型纳米二氧化钛。本发明专利技术具有良好稳定的光催化量子效率。

Preparation method of Co doped nano titanium dioxide

The invention relates to a preparation method of Co doped TiO2 nanoparticles, with titanate as raw material, supplemented by ethyl silicate, ferric chloride and ferrous chloride as the doping agent, was prepared by Co doped nano titanium dioxide materials, preparation of ideas: titanate with ethyl silicate sol solution dissolved in anhydrous ethanol with polyvinylpyrrolidone and the penetrant, then ferric chloride and ferrous chloride coordination titration to sol solution, ultrasonic reaction, seal aging reaction, reaction and micro boiling reaction, finally filtered to obtain Co doped nano titanium dioxide two. The invention has good and stable photocatalytic quantum efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法
本专利技术属于光催化
，涉及一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法。
技术介绍
近年来，环境污染问题日益严重，半导体多相光催化技术由于其在水污染和空气污染治理方面的巨大潜力而逐渐成为被广泛研究的一项技术。半导体光催化剂大多属于宽禁带n型半导体化合物，如二氧化钛，二氧化锡，三氧化钨，氧化锌，硫化镉，硒化镉等，而二氧化钛具有无毒、稳定、价廉、能完全矿化多种有机物等特点，所以是研究和应用最为广泛的一种光催化剂。但是，二氧化钛在实际应用过程中还受到诸多因素的限制，主要有：(1)锐钛矿型二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能在波长小于387.5nm的紫外光的激发下才能显示出不俗的光催化活性，而紫外光仅占太阳能射线的5％左右，大大限制了二氧化钛对太阳光或人工光源中可见光的利用率；(2)纳米二氧化钛粉体在处理液相污染物的过程中，存在吸附能力弱、易团聚失活、易流失而难回收、易沉淀而难以得到光照等不足，因此对污染物的光催化降解效果甚弱，尤其当污染物的浓度较低时，二氧化钛的光催化活性就更加显得微不足道。因此，对二氧化钛进行改性，拓宽其光谱响应范围和提高在太阳光或可见光下的光催化量子效率，以及消除二氧化钛粉体处理液相污染物所面临的不足，是国内外在环境治理领域最具有挑战性的一项研究课题，也是实现二氧化钛光催化技术工业化应用所必需解决的一个关键要素。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好稳定的光催化量子效率的二氧化钛的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，其制备步骤如下：步骤1，将钛酸酯与硅酸乙酯加入至无水乙醇中，搅拌均匀后滴加稳定剂，得到黄色溶胶液；步骤2，将渗透剂与分散剂加入至黄色溶胶液中，搅拌均匀后形成粘稠溶胶液；步骤3，将氯化铁与氯化亚铁加入至蒸馏水中，曝气反应，形成沉淀，继续曝气反应形成铁系配合液；步骤4，将铁系配合液缓慢滴加至粘稠溶胶液中，然后进行超声反应2-4h，反应结束后陈化3-8h；步骤5，将步骤4中的陈化液进行密封反应3-8h，然后进行微沸反应2-5h，结束后过滤，洗涤即可得到共掺杂型纳米二氧化钛。所述共掺杂型纳米二氧化钛的制备配方如下：钛酸酯20-25份、硅酸乙酯5-9份、无水乙醇40-50份、稳定剂2-4份、所述渗透剂1-3份、分散剂15-20份、氯化铁2-5份、氯化亚铁2-4份。所述钛酸酯采用钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。所述稳定剂采用乙酰丙酮。所述渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。步骤1和步骤2中搅拌速度为100-500r/min，采用搅拌的方式能够将材料溶解，形成较为稳定的分散型溶胶，采用搅拌的方式能够加快分散剂的溶解，能够增加无水乙醇的粘稠性。步骤3中的曝气反应采用氨气气体，所述氨气的量是氯化铁与氯化亚铁总物质的量的8-10倍，所述曝气流速为10-15mL/min，所述曝气反应的温度为10-20℃；采用曝气反应能够将氯化铁与氯化亚铁沉淀化，随着曝气反应的继续，形成了铁系配合液。步骤4中的所述超声反应频率为3-8kHz，所述超声反应温度为20-30℃，所述陈化温度为1-3℃，所述缓慢滴加速度为10-15mL/min；采用缓慢滴加的方式能够将二氧化钛与二氧化硅缓慢水解处理出来，速度较为缓慢，分散性较好，超声反应能够提高二氧化钛与二氧化硅的分散性，防止二氧化钛的团聚，低温陈化能够形成夹杂配位铁的二氧化钛与二氧化硅的晶化。步骤5的密封反应温度为150-200℃，压力为2-5MPa，所述微沸反应的温度为80-100℃；采用密封反应的方式形成乙醇水溶液的水热反应，同时将氨气脱离配合离子，形成铁离子，并且与晶化的二氧化钛和二氧化硅形成掺杂型二氧化钛，同时通过微沸反应将氨气与无水乙醇完全挥发，保证二氧化钛形成沉淀，提高产量。本专利技术中，以钛酸酯为原料，辅以硅酸乙酯、氯化铁和氯化亚铁为掺杂剂，制备得到共掺杂纳米二氧化钛材料，制备思路为：将钛酸酯与硅酸乙酯溶解在具有聚乙烯吡咯烷酮和渗透剂的无水乙醇中得到溶胶液，然后将氯化铁和氯化亚铁的配位液滴定至溶胶液中，进行超声反应、陈化反应、密封反应和微沸反应，最后经过滤得到共掺杂型纳米二氧化钛。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1）以钛酸酯为原料，辅以硅酸乙酯、氯化铁和氯化亚铁为掺杂剂，制备得到共掺杂纳米二氧化钛材料，彻底解决了二氧化钛粉体处理液相污染物能力不足的问题；制备方法简单，有利于进行批量化生产，且生产成本低；制备出的二氧化钛具有良好稳定的光催化量子效率；2）本专利技术制备的二氧化钛可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。3）本专利技术不需研磨工艺而降低了制备的复杂性、时间和成本。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，其制备步骤如下：步骤1，将钛酸酯与硅酸乙酯加入至无水乙醇中，搅拌均匀后滴加稳定剂，得到黄色溶胶液；步骤2，将渗透剂与分散剂加入至黄色溶胶液中，搅拌均匀后形成粘稠溶胶液；步骤3，将氯化铁与氯化亚铁加入至蒸馏水中，曝气反应，形成沉淀，继续曝气反应形成铁系配合液；步骤4，将铁系配合液缓慢滴加至粘稠溶胶液中，然后进行超声反应2h，反应结束后陈化3h；步骤5，将步骤4中的陈化液进行密封反应3h，然后进行微沸反应2h，结束后过滤，洗涤即可得到共掺杂型纳米二氧化钛。所述共掺杂型纳米二氧化钛的制备配方如下：钛酸酯20份、硅酸乙酯5份、无水乙醇40份、稳定剂2份、所述渗透剂1份、分散剂15份、氯化铁2份、氯化亚铁2份。所述钛酸酯采用钛酸四乙酯。所述稳定剂采用乙酰丙酮。所述渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。步骤1和步骤2中搅拌速度为100r/min。步骤3中的曝气反应采用氨气气体，所述氨气的量是氯化铁与氯化亚铁总物质的量的8倍，所述曝气流速为10mL/min，所述曝气反应的温度为10℃。步骤4中的所述超声反应频率为3kHz，所述超声反应温度为20℃，所述陈化温度为1℃，所述缓慢滴加速度为10mL/min。步骤5的密封反应温度为150℃，压力为2MPa，所述微沸反应的温度为80℃。实施例2：一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，其制备步骤如下：步骤1，将钛酸酯与硅酸乙酯加入至无水乙醇中，搅拌均匀后滴加稳定剂，得到黄色溶胶液；步骤2，将渗透剂与分散剂加入至黄色溶胶液中，搅拌均匀后形成粘稠溶胶液；步骤3，将氯化铁与氯化亚铁加入至蒸馏水中，曝气反应，形成沉淀，继续曝气反应形成铁系配合液；步骤4，将铁系配合液缓慢滴加至粘稠溶胶液中，然后进行超声反应4h，反应结束后陈化8h；步骤5，将步骤4中的陈化液进行密封反应3-8h，然后进行微沸反应5h，结束后过滤，洗涤即可得到共掺杂型纳米二氧化钛。所述共掺杂型纳米二氧化钛的制备配方如下：钛酸酯25份、硅酸乙酯9份、无水乙醇50份、稳定剂4份、渗透剂3份、分散剂20份、氯化铁5份、氯化亚铁4份。所述钛酸酯采用钛酸四异丙酯。所述稳定剂采用乙酰丙酮。所述渗透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，其制备步骤如下：步骤1，将钛酸酯与硅酸乙酯加入至无水乙醇中，搅拌均匀后滴加稳定剂，得到黄色溶胶液；步骤2，将渗透剂与分散剂加入至黄色溶胶液中，搅拌均匀后形成粘稠溶胶液；步骤3，将氯化铁与氯化亚铁加入至蒸馏水中，曝气反应，形成沉淀，继续曝气反应形成铁系配合液；步骤4，将铁系配合液缓慢滴加至粘稠溶胶液中，然后进行超声反应2‑4h，反应结束后陈化3‑8h；步骤5，将步骤4中的陈化液进行密封反应3‑8h，然后进行微沸反应2‑5h，结束后过滤，洗涤即可得到共掺杂型纳米二氧化钛。所述共掺杂型纳米二氧化钛的制备配方如下：钛酸酯20‑25份、硅酸乙酯5‑9份、无水乙醇40‑50份、稳定剂2‑4份、所述渗透剂1‑3份、分散剂15‑20份、氯化铁2‑5份、氯化亚铁2‑4份。所述钛酸酯采用钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。所述稳定剂采用乙酰丙酮。所述渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。步骤1和步骤2中搅拌速度为100‑500r/min。步骤3中的曝气反应采用氨气气体，所述氨气的量是氯化铁与氯化亚铁总物质的量的8‑10倍，所述曝气流速为10‑15mL/min，所述曝气反应的温度为10‑20℃。步骤4中的所述超声反应频率为3‑8kHz，所述超声反应温度为20‑30℃，所述陈化温度为1‑3℃，所述缓慢滴加速度为10‑15mL/min。步骤5的密封反应温度为150‑200℃，压力为2‑5MPa，所述微沸反应的温度为80‑100℃。...

【技术特征摘要】
1.一种共掺杂型纳米二氧化钛的制备方法，其制备步骤如下：步骤1，将钛酸酯与硅酸乙酯加入至无水乙醇中，搅拌均匀后滴加稳定剂，得到黄色溶胶液；步骤2，将渗透剂与分散剂加入至黄色溶胶液中，搅拌均匀后形成粘稠溶胶液；步骤3，将氯化铁与氯化亚铁加入至蒸馏水中，曝气反应，形成沉淀，继续曝气反应形成铁系配合液；步骤4，将铁系配合液缓慢滴加至粘稠溶胶液中，然后进行超声反应2-4h，反应结束后陈化3-8h；步骤5，将步骤4中的陈化液进行密封反应3-8h，然后进行微沸反应2-5h，结束后过滤，洗涤即可得到共掺杂型纳米二氧化钛。所述共掺杂型纳米二氧化钛的制备配方如下：钛酸酯20-25份、硅酸乙酯5-9份、无水乙醇40-50份、稳定剂2-4份、所述渗透剂1-3份、分散剂15-20份、氯化铁2-5份、氯化亚铁2-4份。所述钛酸酯采用钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。所述稳定剂采用乙酰丙酮。所述渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。步骤1和步骤2中搅拌速度为100-500r/min。步骤3中的曝气反应采用氨气气体，所述氨气的量是氯化铁与氯化亚铁总物质的量的8-10倍，所述曝气流速为10-15mL/min，所述曝气反应的温度为10-20℃。步骤4中的所述超声反应频率为3-8kHz，所述超声反应温度为20-30℃，所述陈化温度为1-3℃，所述缓慢滴加速度为10-...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝艳华，
申请(专利权)人：孝感双华应用科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42