一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法技术

本发明专利技术涉及一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法，该方法是：将纳米的二氧化钛与还原剂和硼化剂按质量比０．１～１∶１～５∶２混合，放入微波炉中，微波处理１－６０分钟，先后通过水洗和马弗炉煅烧的方式将多余的还原剂和硼化剂除去，即得纳米硼杂氧化钛。该方法的特点是反应时间短、反应温度低、无需在真空条件下进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于改性纳米材料领域，特别涉及一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法。
技术介绍
锐钛型纳米二氧化钛经紫外光照射可以分解有毒化学品、烟雾残留物、恶臭化学品、脏物、刺激物、细菌等等为无毒、无污染的物质，当紫外(波长＜388nm)照射时其价带中的电子被激发形成带负电的高活性电子，同时产生带正电的价带空穴，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。空穴和电子分别与表面的水和氧气反应产生高反应活性的羟基自由基和超氧离子自由基，这些自由基能有效地分解有毒化学品。因此，引起人们的极大兴趣，希望利用这种光催化特性解决日益加剧的地球环境污染问题。锐钛型纳米二氧化钛只有在紫外光照射下才具有催化功能，而自然光中紫外光的含量太少，只占到达地面的太阳光辐射总量的4-6％，且随着时间变化明显，人工产生紫外光耗电量大、还需投入较高设备费，大面积紫外光照射的费用更高甚至难于实现。如果能扩展光催化剂的光谱利用范围，以太阳光作为光源，则可使设备投资和运行成本大大降低，使得在自然环境中去污等成为可能。Asahi(Science，2001，293(5528)：269)采用30％的N2/Ar混合气体处理锐钛型纳米二氧化钛TiO2薄膜或采用67％的NH3/Ar混合气体处理锐钛型TiO2纳米微粉4小时，分别制备了氮杂氧化钛TiO2-xNx纳米薄膜和纳米微粉。这种纳米材料在可见光即波长＜500nm的光照射下使乙醛等分解为二氧化碳和水。但是该方法反应时间长，并且还需要氩气，因而成本太高。矫庆泽等(化学研究，2006，17(3)：32-35)采用溶胶-凝胶法制备了掺硼纳米TiO2粉体，但所得的粉体为B2O3/TiO2的复合体，硼并不是以取代TiO2晶格中氧元素的方式掺入，且需要在马弗炉中高温煅烧，制备工艺比较复杂。而通过微波辐照对TiO2掺硼及其光催化性的研究未见报道。由于在微波的热效应和非热效应作用下，往往会在物质表面产生高能态原子、分子、离子及其他活性种，其能量可以明显促进化学反应的进行，利用微波辐照技术可以制备通常方法难以制备的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用微波辐照技术在制备特种新材料方面的优势，而提供的一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法。该方法的特点是：-->①反应时间短，小于1小时；②反应只在微波作用下进行，不需要外加热源；③反应设备要求不高，反应无须在真空条件下进行；④制备的纳米硼杂氧化钛具有比纳米二氧化钛更好的光催化性能。本专利技术的目的是采用以下技术措施实现的：将按质量比为0.1～1∶1～5∶2的纳米二氧化钛∶还原剂∶硼化剂混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，通过调节“全功率”、“中功率”或“半功率”的微波功率档位，微波辐照1-60分钟，先后通过水洗和马弗炉煅烧的方式将多余的还原剂和硼化剂除去，即得纳米硼杂氧化钛。用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法中所述纳米二氧化钛为纳米二氧化钛粉体、纳米二氧化钛薄膜或二氧化钛多孔材料；还原剂为碳粉、过氧化氢、过氧化钠或氨基钠；硼化剂为硼酸、偏硼酸、氧化硼、BBr3、BCl3、Ti(BH4)3、B4C或硼砂(Na2B4O7.10H2O)。铬酸根光催化降解率实验表明，采用本专利技术制备的硼掺杂氧化钛比未改性的二氧化钛具有很好的光催化性能，见下表，吸光度越小，体系中铬酸根浓度越少，被降解的铬酸根越多，光催化性能越好。称取0.5g硼杂氧化钛于50mL烧杯中，滴加Cr6+含量0.08g/L的1.6mLCr2O72-溶液后，萤光高压汞灯照射8min，后取出并冷却，然后加水15mL并摇匀，离心沉降，取10mL上层清液转入25mL比色管，加入0.3mL浓度为2mol/L的H2SO4，摇匀静置，再加入0.5mL二苯胺基脲(DCPI)，迅速用水稀至25mL，立即摇匀，静置5min后放入721型分光光度计中，在波长540nm处测定溶液的吸光度；未改性的二氧化钛采用以上方法进行同样的实验以作比较。其吸光度数据列如下表。硼掺杂氧化钛和未改性的二氧化钛光催化实验数据样品种类    吸光度A硼掺杂氧化钛(20nm)    0.38硼掺杂氧化钛(10nm)    0.29未改性二氧化钛(20nm)    0.75未改性二氧化钛(10nm)    0.57具体实施方式实施例1将0.7g粒度为20纳米的二氧化钛粉体，1g碳粉，含1g硼酸的水溶液混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“中功率”的微波功率档位，微波处理30min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，将多余的碳粉和硼酸除去，即得产物，产物呈淡灰色。用元素分析表明，硼元素含量为0.17％，称取这种粉体0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下55min，其颜色退至无色。-->实施例2将0.7g粒度为20纳米的二氧化钛粉体，1g碳粉，2g偏硼酸混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“中功率”的微波功率档位，微波处理30min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，将多余的碳粉和偏硼酸除去，即得产物，产物呈浅灰色。用元素分析表明，硼元素含量为0.3％称取这种粉体0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下45min，其颜色退至无色。实施例3将0.7g粒度为20纳米的二氧化钛粉体，2g过氧化氢，1.5g氧化硼混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“中功率”的微波功率档位，微波处理30min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，将多余的过氧化氢和氧化硼除去，即得产物，产物呈浅灰色。用元素分析表明，硼元素含量为0.22％，称取这种粉体0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下50min，其颜色退至无色。实施例4将0.5g粒度为20纳米的二氧化钛粉体，3g过氧化钠，2gB4C混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“中功率”的微波功率档位，微波处理60min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，将多余的过氧化钠和B4C除去，即得产物，产物呈浅灰色。用元素分析表明，硼元素含量为0.27％，称取这种粉体0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下40min，其颜色退至无色。实施例5将0.8g粒度为20纳米的二氧化钛粉体，4g氨基钠，1.5gTi(BH4)3混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“中功率”的微波功率档位，微波处理60min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，将多余的氨基钠和Ti(BH4)3除去，即得产物，产物呈浅灰色。用元素分析表明，硼元素含量为0.12％，称取这种粉体0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射下60min，其颜色退至无色。实施例6将0.2g二氧化钛薄膜，3g碳粉，含有2g硼酸的水溶液混合，放入微波源为2.45GHz的微波炉中，调节到“半功率”的微波功率档位，微波处理30min，先通过水洗，再用马弗炉500℃煅烧12h，而后通过水洗的方法将多余的碳粉和硼酸除去，即得产物。用元素分析表明，硼元素含量为0.19％，称取这种薄膜0.2克于10毫升1％的甲基橙溶液中，用太阳光照射55min，其颜色退至无色。实施例7将0.3g二氧化钛薄膜，2g碳粉，2g偏硼酸混合，放入微波源为2.45GHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法，其特征在于：将纳米的二氧化钛与还原剂和硼化剂按质量比０．１～１∶１～５∶２混合，放入微波炉中，微波处理１－６０分钟，先后通过水洗和马弗炉煅烧的方式将多余的还原剂和硼化剂除去，即得纳米硼杂氧化钛。

【技术特征摘要】
1、一种用微波辐照法制备纳米硼杂氧化钛的方法，其特征在于：将纳米的二氧化钛与还原剂和硼化剂按质量比0.1～1∶1～5∶2混合，放入微波炉中，微波处理1-60分钟，先后通过水洗和马弗炉煅烧的方式将多余的还原剂和硼化剂除去，即得纳米硼杂氧化钛。2、根据权利要求1所述的制备纳米硼杂氧化钛的方法，其特征在于纳米二氧化钛为纳米二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长生，邓仕英，李俊，周爱军，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]