一种二氧化钛及其掺杂体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛光催化剂的制备方法，其在密闭容器中将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，加入有机酸或碱，然后加入可溶性钛盐，在140～300℃反应，经脱水、煅烧得到二氧化钛光催化剂。本发明专利技术原料廉价易得，制备方法简单，其以三维网状碳气凝胶为模板，采用一锅法水热合成卤化银掺杂二氧化钛光催化剂，所得二氧化钛光催化剂结晶度好、大小均一，且在可见光区催化效率高，可应用于有机污染物的降解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
二氧化钛作为η型半导体材料因其化学性质稳定，廉价易得，无毒且紫外光催化效率高等优点受到人们的广泛关注，在光催化降解环境污染物方面具有很好的应用前景。然而，由于二氧化钛带隙较宽(Eg=3.2eV)，光生电子-空穴对容易复合和对可见光吸收能力差，使其光催化应用受到了很大限制。因此，对二氧化钛进行可见光改性并提高量子产率成为目前研究的热点。常用的二氧化钛改性方法有机染料光敏化、金属/非金属元素掺杂、半导体复合和贵金属沉积等。卤化银作为一种重要的无机光敏材料，具有很好的可见光光催化活性，但由于其见光易分解，不能单独作为光催化剂。因此，将其与半导体材料复合用于改性半导体催化剂的光催化活性成为光催化剂制备技术发展的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原料廉价易得、制备方法简单、绿色无毒且具有高效的光催化能力的二氧化钛及其掺杂体光催化剂的制备方法。本专利技术实现过程如下: 一种二氧化钛的制备方法:在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性钛盐，在140?300°C反应后,经干燥、煅烧得到二氧化钛。上述反应优选的反应温度为160?230°C ;干燥过程采用烘干、冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥，优选为冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥；向反应体系中加入有机酸或碱后制备的碳气凝胶弹性较好且紧致；上述煅烧温度为300?1000°C，优选为400?800°C。上述体系中还加入有掺杂量的可溶性银盐，如AgF、AgNO3、AgClO4,通过煅烧处理可制备得到银掺杂的二氧化钛。上述体系中还加入有在140?300°C能够与银离子反应生成卤化银的化合物，如可溶性齒化物(氯化铵、氯化钠、溴化钠、碘化钠、碘化铵等)、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵或卤代烷等，其反应的摩尔比为1:1，通过煅烧处理可制备得到卤化银掺杂的二氧化钛。所述的糖类化合物选自单糖、二糖、低聚糖、多糖(包括改性淀粉)，所述的糖类化合物选自葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖、低聚壳聚糖、环糊精、淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、白糊精、黄色糊精、淡黄色糊精、乙酸化淀粉、辛基琥珀酸钠盐淀粉、羟丙基化淀粉醚、环氧乙烷交联淀粉、淀粉胶、淀粉乙酸胶、羧基淀粉胶、耐水淀粉胶、纤维素、半纤维素、糖元、木糖、阿拉伯胶、粘多糖。所述的水溶性高分子为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚乳酸、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、甲壳质、聚乙烯醇。上述可溶性钛盐选自硫酸氧钛、硫酸钛、四氯化钛、三氯化钛、钛醇盐，钛醇盐如钛酸正四丁酯、钛酸异丙酯。上述糖类化合物和水溶性高分子的质量比为1:6?1:0.005，优选为1:1?1:0.05 ;糖类化合物与水的质量比为1:60?1:0.5，优选为1:30?1:1 ;可溶性银盐与可溶性钛盐摩尔比为0.01:1?0.6:1，优选0.15:1?0.3:1。上述反应体系中加入有机酸或碱，所述的有机酸或碱选自乙酸、甲酸、乙二酸、丙烯酸、苯甲酸、氨水、吡啶、三乙胺、三乙醇胺、单乙醇胺、四甲基氢氧化铵、二异丙基乙基氨、二乙烯三胺、奎宁。本专利技术碳凝胶的形成机理如下:糖类化合物是含有多羟基醛、多羟基酮以及能水解而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，水溶性高分子含有丰富的羧基、羟基或氨基的高聚物，在酸或碱的催化下，经过高温水热反应可形成交联的网状结构，最终水热炭化得到多孔的碳凝胶材料。本专利技术的优点和积极效果:原料廉价易得，制备方法简单，其以三维网状碳气凝胶为模板，采用一锅法水热合成二氧化钛或齒化银掺杂二氧化钛光催化剂，所得二氧化钛光催化剂结晶度好、大小均一，光催化效率高。【附图说明】图1为实施例1、2、7、8、13、17、21、29制备的二氧化钛光催化剂凝胶的图片； 图2为实施例1制备的二氧化钛光催化剂的粉末衍射图； 图3为实施例4、17、18、29制备的二氧化钛光催化剂的粉末衍射图； 图4为实施例1、17、18、29制备的二氧化钛光催化剂在氙灯下对罗丹明B溶液的降解效果图。【具体实施方式】本专利技术以碳气凝胶为模板，采用一锅法水热合成二氧化钛光催化剂，制备过程中还可以添加不同种类、不同量的卤化物和硝酸银，得到在可见光区具有高催化性能的二氧化钛光催化剂，以达到催化降解有机污染物的目的。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1 将1g葡萄糖和6g聚乙烯吡咯烷酮(K30)溶于60mL水中，再加入1mL乙酸、4.3g钛酸正四丁酯、0.298g碘化钾和0.315g硝酸银，其中，碘化钾和硝酸银的摩尔量是钛酸正四丁酯的15%，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1(a)，凝胶干燥后在500°C下煅烧3小时得到碘化银掺杂的二氧化钛光催化剂，其粉末衍射图见图2，从图中可以看出合成的二氧化钛粉末为锐钛矿相(PDF N0.21-1272)，且明显有碘化银(PDF N0.09-0374)的峰；其在氙灯下对罗丹明B溶液的降解效果见图4(2)。实施例2 将5.5g蔗糖和0.5g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于20mL水中，再加入4.3g钛酸正四丁酯、0.147g溴化钾和0.21g硝酸银，其中，溴化钾和硝酸银的摩尔量是钛酸正四丁酯的10%，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1 (b)，凝胶干燥后在500°C下煅烧3小时得到溴化银掺杂的二氧化钛光催化剂。实施例3 将5g乳糖和0.6g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，加入1mL乙酸，再加入2.37g四氯化钛、0.019g碘化钾和0.02g硝酸银，其中，碘化钾和硝酸银的摩尔量是四氯化钛的1%，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶干燥后在500°C下煅烧3小时得到碘化银掺杂的二氧化钛光催化剂。实施例4 将7g水苏糖和Ig聚丙烯酸钠(Mw =5000000?7000000)溶于25mL水中，加入7mL乙酸，再加入4.3g钛酸正四丁酯、0.908g十六烷基三甲基溴化铵和0.42g硝酸银，其中，十六烷基三甲基溴化铵和硝酸银的摩尔量是钛酸正四丁酯的20%，将混合液转移至密闭反应釜中，在180°C下反应7小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶干燥后在500°C下煅烧3小时得到溴化银掺杂的二氧化钛光催化剂，其粉末衍射图见图3 (b)。实施例5 将Ig异麦芽酮糖和0.05g水解聚丙酰胺溶于5mL水中，在加入4mL丙烯酸，再加入4.3g钛酸异丙酯，将混合液转移至密闭反应釜中，在190°C下反应6小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶干燥后在500°C下煅烧3小时得到二氧化钛光催化剂，其粉末衍射见图3。实施例6 将5g棉籽糖和0.7g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，加入6mL冰乙酸，再加入2.37g四氯化钛、将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛的制备方法，其特征在于：在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性钛盐，在140～300℃反应后，经干燥、煅烧得到二氧化钛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸽娟，陈奇利，杨凯迪，王筱，罗静，王雪，刘旭，林非妮，赵君博，谢钢，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61