大尺寸高光催化活性二氧化钛微球及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球及其制备方法，属于无机材料光催化技术领域。本发明专利技术所述二氧化钛微球的直径为0.1～10毫米，由一维纳米结构和二维纳米结构的二氧化钛组装构成；所述一维纳米结构的单元为纳米线；所述二维纳米结构的单元为纳米片；所述二氧化钛微球的钛源为各种晶相结构的氢氧化钛粉末。本发明专利技术所述的二氧化钛微球为大尺寸，宏观可见，具有优异的光催化活性；在液相反应中易于沉降分离，方便回收和重复使用；制备方法简单便捷，利于工业化生产；应用范围广，在紫外光或自然光下充分催化降解有毒有害的有机物，能应用于废水处理、室内空气净化、抗菌除臭等环境领域中。

Large-sized highly photocatalytic active titanium dioxide microspheres and their preparation methods

The invention relates to a large size high photocatalytic activity titanium dioxide microsphere and a preparation method thereof, belonging to the field of inorganic material photocatalytic technology. The diameter of the titanium dioxide microsphere is 0.1-10 mm, which is composed of one-dimensional nanostructure and two-dimensional nanostructure assembled by titanium dioxide; the one-dimensional nanostructure unit is nanowires; the two-dimensional nanostructure unit is nanosheets; the titanium source of the titanium dioxide microsphere is titanium hydroxide powder with various crystal structures. The titanium dioxide microsphere has large size, macroscopic visibility, excellent photocatalytic activity, easy sedimentation separation in liquid phase reaction, convenient recovery and reuse, simple and convenient preparation method, which is beneficial to industrial production, wide application range, fully catalytic degradation of toxic and harmful organic substances under ultraviolet or natural light, and can be used in wastewater treatment and indoor air. Purification, antimicrobial deodorization and other environmental fields.

【技术实现步骤摘要】
大尺寸高光催化活性二氧化钛微球及其制备方法
本专利技术涉及一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球及其制备方法，属于无机材料光催化

技术介绍
随着工业和城市生活水平的快速发展，人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的有害物质或能量，大量有机化合物被排放到我们生活的环境中，不但导致资源短缺，而且给环境造成污染，危害人类的健康和生存。因此，环境问题越来越成为社会各界关注的焦点问题，而开发一种简便有效的方法来治理环境污染已成为各地政府部门迫在眉睫的重任。光催化技术作为一种新型清洁技术，在有机污染物降解方面有着广泛的应用，是目前解决环境问题的潜在无污染技术，为环境治理提供了新思路和新途径。1972年日本科学家Fujishima和Honda发现在紫外光照条件下二氧化钛半导体电极光催化分解水可以产氢，自此拉开了光催化反应研究的序幕。1976年，JohnH.Carey等拓展了光催化技术应用的范围，将这一方法成功应用于水中有机污染物的降解。光催化技术因其具有廉价、无毒、节能、高效的优势已成为社会各界人士争相研究的热点。二氧化钛原料价格低廉，无毒无腐蚀，性能稳定，操作简单，因此被广泛应用于水和空气的净化。目前二氧化钛主要是以粉末及薄膜形式存在。但是粉末不能回收，可能对环境造成二次污染；而薄膜的光催化效率较低，且制备成本高，不易大规模生产。TiO2微球的合成已有一些报道和公开专利。二氧化钛微球可以通过溶胶凝胶法和焙烧热处理的组合工艺制备，LiXZ(LiXZ,LiuH,ChengLF,etal.Photocatalyticoxidationusinganewcatalyst--TiO2microsphere--forwaterandwastewatertreatment.[J].EnvironmentalScience&Technology,2003,37(17):3989-94.)等报道了一种溶胶-喷雾-焙烧的TiO2微球合成方法，合成的TiO2微球具有多孔结构以及良好的光催化降解水杨酸等有机物的性能，但因合成方法复杂，成本较高而不适合大规模生产应用。二氧化钛微球还可通过在一些有机载体上涂覆TiO2粉末实现制备，ChenYH等(ChenYH,LiuYY,LinRH,etal.Photocatalyticdegradationofp-phenylenediaminewithTiO2-coatedmagneticPMMAmicrospheresinanaqueoussolution[J].JournalofHazardousMaterials,2009,163(2):973-981.)报道了一种将TiO2粉末涂覆在异丁烯酸甲酯表面形成TiO2/mPMMA微球的方法，结果表明该微球具有很强的可见光催化降解对苯二胺的活性。但是，这类涂覆方法获得的材料不稳定，TiO2粉末容易脱落，不利于重复使用。国内公开专利中对具有光催化活性的TiO2微球的制备和应用也有一些涉及。CN201110305276.7公开了一种花状二氧化钛微球光催化材料及其制备，所得微球直径在3微米左右；CN201710007236.1公开了一种制备锐钛矿型微纳分级结构二氧化钛微球的方法，所得微球直径为3～6微米。这些报道的方法主要采用钛源在有机或水溶液中水热反应的方法，但制备的TiO2微球直径较小(10微米以下)，且稳定性较差，在水处理应用中不能快速沉降，不利于大规模应用到实际水处理中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球，其宏观可见，具有高效的光催化活性，且易于沉降分离，方便回收与重复使用；同时本专利技术提供了一种简单便捷的制备方法。本专利技术所述大尺寸高光催化活性二氧化钛微球，所述二氧化钛微球的直径为0.1～10毫米，由一维纳米结构和二维纳米结构的二氧化钛组装构成；所述一维纳米结构的单元为纳米线；所述二维纳米结构的单元为纳米片；所述二氧化钛微球的钛源为各种晶相结构的氢氧化钛粉末。所述大尺寸高光催化活性二氧化钛微球的制备方法，包括以下步骤：(1)将氢氧化钛粉末加入到碱溶液中，搅拌，得到白色分散液A；(2)向分散液A中加入表面活性剂并移入带有搅拌装置的水热反应釜中，进行水热处理；(3)将水热处理得到的沉淀进行过滤，然后经酸处理、洗涤和干燥得到白色粉末，再进行焙烧，即得到所述的大尺寸高光催化活性二氧化钛微球。所述氢氧化钛粉末的粒径为0.1-100微米。所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或两种，碱溶液的浓度为0.2～20摩尔/升。所述氢氧化钛粉末与碱溶液的质量体积比为1～50克/升。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇或聚乙二醇中的一种或两种，浓度为0.01～50毫摩尔/升，以碱溶液的体积计量。本专利技术在制备方法中加入了表面活性剂，用于调节TiO2纳米片和纳米线之间的表面相互作用，有助于纳米TiO2组装成大尺寸的微球形。所述水热处理的温度为120～250℃，反应时间为1～48小时。所述水热反应釜带有的搅拌装置的转速为1～100转/分钟。现有技术中的水热反应不需搅拌，本申请采用反应釜对溶液进行剪切的目的是，增加混合的均匀性。步骤(3)酸处理过程中用到的酸为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或两种，浓度为0.1～2摩尔/升。步骤(3)中，干燥温度为40～80℃，干燥时间为4～24小时；焙烧温度为250～550℃，焙烧时间为1～24小时。所述大尺寸高光催化活性二氧化钛微球应用领域范围广，能在紫外光或自然光下充分催化降解有毒有害的有机物。传统方法合成的TiO2微球采用有机或无机钛源，例如四氯化钛、钛酸四丁酯，制备的TiO2微球粒径在10微米以下，这些钛源成本较高，环境不友好。本专利技术直接以氢氧化钛粉末为钛源，将氢氧化钛与碱性溶液搅拌均匀，随后加入表面活性剂在反应釜中进行水热处理，合成钛酸钠纳米线，利用中间产生的纳米片组装成大尺寸的微球，微球的直径尺寸都在毫米以上。本专利技术通过反应原料、反应程序和反应条件的控制，实现对微球尺寸的控制。本专利技术采用的钛源成本更低，更环保。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)所述的二氧化钛微球为大尺寸，宏观可见，具有优异的光催化活性；(2)所述的二氧化钛微球在液相反应中易于沉降分离，方便回收和重复使用；(3)所述的二氧化钛微球的制备方法简单便捷，无需昂贵设备，利于工业化生产；(4)所述的二氧化钛微球应用范围广，在紫外光或自然光下充分催化降解有毒有害的有机物，能应用于废水处理、室内空气净化、抗菌除臭等环境领域中。附图说明图1是实施例1所制得样品的形貌图片；图2是光照下实施例1制备的二氧化钛微球对苯酚的降解效果图。具体实施方式以下实施例中，各实施例合成的二氧化钛微球的光催化性能表征，采用0.1毫摩尔/升的苯酚为目标污染物，以365nm紫外光为光源(60W)，间隔5～20分钟取样，所用仪器是岛津高效液相色谱LC-2010AHT。实施例1(1)将氢氧化钛粉末加入氢氧化钠溶液中，其中氢氧化钛质量与碱溶液体积的比为15克/升，混合液在25℃搅拌反应2小时合成分散液A；(2)将上述分散液A混合0.01毫摩尔/升十六烷基三甲基溴化铵移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，以10转/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球，其特征在于：所述二氧化钛微球的直径为0.1～10毫米，由一维纳米结构和二维纳米结构的二氧化钛组装构成；所述一维纳米结构的单元为纳米线；所述二维纳米结构的单元为纳米片；所述二氧化钛微球的钛源为各种晶相结构的氢氧化钛粉末。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球，其特征在于：所述二氧化钛微球的直径为0.1～10毫米，由一维纳米结构和二维纳米结构的二氧化钛组装构成；所述一维纳米结构的单元为纳米线；所述二维纳米结构的单元为纳米片；所述二氧化钛微球的钛源为各种晶相结构的氢氧化钛粉末。2.一种大尺寸高光催化活性二氧化钛微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将氢氧化钛粉末加入到碱溶液中，搅拌，得到白色分散液A；(2)向分散液A中加入表面活性剂并移入带有搅拌装置的水热反应釜中，进行水热处理；(3)将水热处理得到的沉淀进行过滤，然后经酸处理、洗涤和干燥得到白色粉末，再进行焙烧，即得到所述的大尺寸高光催化活性二氧化钛微球。3.根据权利要求2所述的大尺寸高光催化活性二氧化钛微球的制备方法，其特征在于：氢氧化钛粉末的粒径为0.1-100微米。4.根据权利要求2所述的大尺寸高光催化活性二氧化钛微球的制备方法，其特征在于：碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或两种，碱溶液的浓度为0.2～20摩尔/升。5.根据权利要求2所述的大尺寸高光催化活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙明策，
申请(专利权)人：淄博泽辰光媒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37