一种纳米二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米二氧化钛的制备方法，与现有技术相比，氟钛酸铵在硼酸作用下，同时掺杂非金属元素氮、氟、硼，增强了纳米二氧化钛的光催化作用；加入硝酸银溶液掺杂金属元素银，而金属元素银与非金属元素的共掺杂产生协同作用，从而大大提高纳米二氧化钛的催化活性。其次，钛酸丁酯水解生成纳米二氧化钛溶胶的同时，采用钛酸酯偶联剂和聚苯乙烯直接对其改性，工艺简单，反应条件温和；再次，本发明专利技术的纳米二氧化钛经钛酸酯偶联剂和聚苯乙烯改性之后具有良好的热稳定性和分散性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及。
技术介绍
1972年，Fujishima和Honda在英国（Nature)杂志上首次报道了二氧化钛电极在 紫外光照射下分解水产生氢气的现象，自此二氧化钛被应用于这项研宄并显示出优异的光 催化性。由于光催化过程本身涉及了光能的储存和转化，从而在能源与环境等领域有很大 的应用潜力。例如，光催化制氢是利用太阳能引发的光化学过程分解水产出氢，而氢能是高 效、清洁的能源；又如利用光催化反应对气体或者液体环境进行净化和修复，包括对无机和 有机污染物的降解。 二氧化钛无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好，而纳米二氧化钛不仅继承了 普通二氧化钛的优点，同时由于其颗粒的尺度介于分子、原子与块状材料之间，其表面电子 结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的表面效应和量子效应等，使得纳米 二氧化钛具有特殊的物理化学性质。纳米二氧化钛的制备方法较多，如化学气相沉积法、醇 盐水解法、化学沉淀法、水热制备法、固相法和溶胶凝胶法等，其中溶胶凝胶法制备简单，操 作便利，条件易控，能制备颗粒大小较均匀的光催化剂，是光催化剂的常用制备方法。 然而，以下两方面内容限制了纳米二氧化钛的应用。其一，纳米二氧化钛的比表面 积大，处于非热力学稳定态，颗粒相互链接，而链状结构彼此又以氢键相互作用，因此极易 发生团聚现象，而纳米二氧化钛表面存在大量羟基而呈现亲水性，难以在有机溶液中均匀 分散。其二，溶胶凝胶法制备的纳米二氧化钛需要经过热处理才会显示出很好的晶型，而热 处理如煅烧环节会降低纳米二氧化钛的光催化效果。 为了提高纳米二氧化钛的光催化活性，离子掺杂是目前较为常用的改性方法。非 金属掺杂型催化剂引入的掺杂元素包括：碳、氮、硫、硼、磷、卤素等。金属掺杂型催化剂如三 价铁离子、四价钒离子、五价钼离子和一些稀土元素。然而，单一元素的掺杂对催化效果的 提高还没有达到令研宄者满意的程度。通过理论计算分析，有人认为某些元素搭配共掺杂 对半导体光催化过程会有很大的帮助。相关有报道表明，非补偿性阴、阳离子（铬、氮组合） 共掺杂对宽带隙半导体如二氧化钛带隙变窄非常有利，掺杂后的样品可见区域吸收明显增 强，并且远远优于单一的氮掺杂样品，但铬离子有毒的特性又限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，制备的纳米二氧 化钛具有良好的光催化活性。 有鉴于此，本专利技术提供了，包括以下步骤：将20~ 50重量份无水乙醇和30~50重量份去离子水混合，依次加入硼酸和硝酸银，搅拌后加入 氟钛酸铵，调节pH值在2~4之间，搅拌后得到第一溶液；将20~30重量份钛酸丁酯和 30~70重量份无水乙醇的混合液加入所述第一溶液中，搅拌后得到第二溶液；向所述第二 溶液中加入4~12重量份钛酸酯偶联剂和2~5重量份聚苯乙烯，超声分散后搅拌，加热 至70~90°C，继续搅拌反应，离心分离后得到纳米二氧化钛。 优选的，所述硼酸在第一溶液中的浓度为0. 3~0. 5mol/L。 优选的，所述硝酸银在第一溶液中的浓度为0. 2~0. 4mol/L。 优选的，所述硝酸银在第一溶液中的浓度为〇. 2~0. 3mol/L。 优选的，所述氟钛酸按在第一溶液中的浓度为〇. 1~〇. 3mol/L。 优选的，所述氟钛酸按在第一溶液中的浓度为0. 15~0. 2mol/L。 优选的，所述混合液加入所述第一溶液中的加入速度为1~3mL/min。 优选的，得到第二溶液的步骤中，搅拌时间为0. 5~2h。 优选的，所述超声分散的时间为20~30min。 优选的，得到纳米二氧化钛后还包括：将所述纳米二氧化钛浸泡于异丙醇中并搅 拌，离心分离得到纳米二氧化钛粒子；将所述纳米二氧化钛粒子浸泡于水中并充分搅拌，重 复2~3次，然后分散于异丙醇中。 本专利技术提供了，将无水乙醇和去离子水混合，依次 加入硼酸和硝酸银，搅拌后加入氟钛酸铵，调节pH值在2~4之间，搅拌后得到第一溶液； 将钛酸丁酯和无水乙醇的混合液加入所述第一溶液中，搅拌后得到第二溶液；向所述第二 溶液中加入钛酸酯偶联剂和聚苯乙烯，超声分散后搅拌，加热后继续搅拌反应，离心分离后 得到纳米二氧化钛。与现有技术相比，氟钛酸铵在硼酸作用下，同时掺杂非金属元素氮、氟、 硼，增强了纳米二氧化钛的光催化作用；加入硝酸银溶液掺杂金属元素银，而金属元素银与 非金属元素的共掺杂产生协同作用，从而大大提高纳米二氧化钛的催化活性。其次，钛酸丁 酯水解生成纳米二氧化钛溶胶的同时，采用钛酸酯偶联剂和聚苯乙烯直接对其改性，工艺 简单，反应条件温和；再次，本专利技术的纳米二氧化钛经钛酸酯偶联剂和聚苯乙烯改性之后具 有良好的热稳定性和分散性。【具体实施方式】 为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的 限制。 本专利技术实施例公开了，包括以下步骤：将20~50重 量份无水乙醇和30~50重量份去离子水混合，依次加入硼酸和硝酸银，搅拌后加入氟钛酸 铵，调节pH值在2~4之间，搅拌后得到第一溶液；将20~30重量份钛酸丁酯和30~70 重量份无水乙醇的混合液加入所述第一溶液中，搅拌后得到第二溶液；向所述第二溶液中 加入4~12重量份钛酸酯偶联剂和2~5重量份聚苯乙烯，超声分散后搅拌，加热至70~ 90°C，继续搅拌反应，离心分离后得到纳米二氧化钛。 在上述技术方案中，所述氟钛酸铵的化学式为（NH4)2TiF 6，其在硼酸作用下液相沉 积引入氮、硼、氟的共掺杂，使得宽带隙纳米二氧化钛材料能够对可见光响应，使得纳米二 氧化钛在可见光下的催化作用大大增强。 反应方程式如下： 本专利技术采用硼酸替代传统实验中的硝酸、盐酸等，降低了强酸的腐蚀性，同时硼酸 在反应过程中，会将硼离子掺杂到纳米二氧化钛中。 所述硝酸银中含有金属银元素以及非金属氮元素，金属和非金属掺杂可以提高纳 米二氧化钛的催化效率，而金属与非金属对纳米二氧化钛进行共掺杂，利用协同作用得到 比单一元素掺杂更高的光催化活性。掺杂银离子后的纳米二氧化钛有着更广的吸收范围， 而且光催化剂产生的电子空穴符合几率由于银的掺杂被有效降低，从而催化剂的催化活性 提高。本专利技术中，所述硝酸银优选以溶液的形式加入。 作为优选方案，所述硼酸在第一溶液中的浓度为0.3~0.5mol/L，优选为0.35~ 0. 45mol/L ;所述硝酸银在第一溶液中的浓度优选为0. 2~0. 4mol/L，更优选为0. 2~ 0? 3mol/L ;所述氟钛酸按在第一溶液中的浓度优选为0? 1~0? 3mol/L，更优选为0? 15~ 0.2mol/L〇 作为优选方案，所述混合液加入所述第一溶液中的加入速度优选为1~3mL/min， 更优选为1~2mL/min ;得到第二溶液的步骤中，搅拌时间优选为0. 5~2h，更优选为0. 5~ 2h〇 上述钛酸酯偶联剂对于热塑型聚合物和一些干燥物质，有良好的偶联效果，在本 专利技术中钛酸酯偶联剂代替传统的硅烷偶联剂，有效改变纳米二氧化钛和有机物之间的界面 状态，提高纳米二氧化钛的分散性和防沉降性。 作为优选方案，所述钛酸酯偶联剂通式为：R00(4-n)Ti (OX-R' Y)n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将20～50重量份无水乙醇和30～50重量份去离子水混合，依次加入硼酸和硝酸银，搅拌后加入氟钛酸铵，调节pH值在2～4之间，搅拌后得到第一溶液；将20～30重量份钛酸丁酯和30～70重量份无水乙醇的混合液加入所述第一溶液中，搅拌后得到第二溶液；向所述第二溶液中加入4～12重量份钛酸酯偶联剂和2～5重量份聚苯乙烯，超声分散后搅拌，加热至70～90℃，继续搅拌反应，离心分离后得到纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石峰，张寒洁，
申请(专利权)人：杭州云界生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33