聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末及制备方法技术

聚乙二醇－４００改性的纳米ＴｉＯ↓［２］粉末及制备方法，其特征是用于制备ＴｉＯ↓［２］的溶液按体积百分比的构成为：无水乙醇６５．２％、钛酸丁酯２５．８％、分析纯浓硝酸４．５％、水４．５％；并且在每１Ｌ用于制备ＴｉＯ↓［２］的溶液中，加入有聚乙二醇－４００改性剂７．５８～７５．８ｍｇ。本发明专利技术使用一种价格合理和易实现的方法来提高ＴｉＯ↓［２］光催化性能，解决了单独使用ＴｉＯ↓［２］所造成的光催化效率低下和改性成本过高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改性纳米TiO2粉末及其制备方法，更具体地说是一种利用聚乙二醇-400改变纳米TiO2的结构使其具有更大的降解效率和更易于推广应用的改性纳米TiO2粉末及其制备方法。
技术介绍
TiO2是一种N型半导体材料，化学性质稳定，在常温下不溶于水、稀酸，耐光腐蚀，具有较大的禁带宽度、氧化还原电位高等优点。半导体纳米级二氧化钛光催化降解污染物因速度快、无选择性、降解完全和无二次污染等优点，在过去的几十年中得到迅速发展，光催化技术的诞生为污水处理提供了一条全新的、充满希望的道路。而且TiO2廉价，无毒无害、成本低。TiO2光催化降解的优点：(1)水中所含的多种有机物可被完全降解为CO2、H2O和无机离子等；(2)反应条件温和，能耗低，投资少；(3)所需设备结构简单，操作条件容易控制，无二次污染。同常规材料相比，纳米TiO2具有独特的性能：比表面大，光吸收性能好，表面活性大，导热好，因此，纳米TiO2是目前研究和应用前景最广泛的光催化材料之一。纳米TiO2光催化技术目前尚难以大规模造福于人类的一大障碍是TiO2分散性难以实现，导致光催化效率太低。为了进一步提高纳米TiO2光催化降解的效率，通过进行各种掺杂对TiO2改性来改变晶体的结构、使带隙变窄，提高量子产率、抑制电子和空穴的复合等措施，在一定程度上可提高其催化性能，从而提高二氧化钛的利用率。改性的主要方法有：1、掺杂过度离子，由于金属离于对电子的争夺，减少了TiO2表面光生电子e和光生空穴h+的复合，从面使TiO2表面产生了更多的OH·和·O2-，提高了催化剂的活性。事实上，只有少数过渡金属离子如：Fe3+、Cu2+，能阻碍电子—空穴的复合，并且它们的有效掺杂浓度不能过大，浓度过大反而有害，有些金属离子的掺杂对TiO2光催化活性影响很小，甚至降低了TiO2光催化活性。2、复合半导体，CdS就是常利用的半导体材料，将CdS和TiO2复合在一起，可以有效地扩大其在实际应用中存在的缺点，就是CdS在水溶液中不稳定，CdS很容易被腐蚀而产生游离的Cd2+，而使光催化剂中毒失效。3、TiO2表面贵重金属的沉积，目前研究中最常用的金属是第VIII族的Pt，其次是Pb、Ag、Au、Ru等，这些金属的添加普遍提高了TiO2的光催化活性。但是，以上方法都存在着光催化效率不理想或成本过高的问题，大都还只能停留在实验室科研阶段，这些问题极大的限制了纳米TiO2的推广应用。-->
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末及制备方法，使用一种价格合理和易实现的方法来提高TiO2光催化性能，解决单独使用TiO2所造成的光催化效率低下和改性成本过高的问题。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末的特点是用于制备TiO2的溶液按体积百分比的构成为：无水乙醇65.2％、钛酸丁酯25.8％、分析纯浓硝酸4.5％、水4.5％；并且在每1L用于制备TiO2的溶液中，加入有聚乙二醇—400改性剂7.58～75.8mg。本专利技术聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末的制备方法的特点是以聚乙二醇-400作为表面改性剂引入溶胶-凝胶法中制备PEG-400表面改性的纳米TiO2。本专利技术制备方法的特点也在于按如下步骤操作：a、室温下，取50mL无水乙醇和6mL分析纯的浓硝酸混合成混合液B，将所述混合液B缓慢滴加到快速搅拌的34mL的钛酸丁酯溶液中制成混合液C；b、室温下，取36mL无水乙醇、6mL蒸馏水和1～10g聚乙二醇-400混合制成混合液D；c、将所述混合液D缓慢滴加到快速搅拌的混合液C中，滴加结束后，继续搅拌，使混合液充分反应直至混合液中各固体成分均匀分散在溶液中时，停止搅拌，制得聚乙二醇-400改性的TiO2溶胶；d、所述聚乙二醇-400改性的TiO2溶胶经陈化，首先在100℃的干燥箱中干燥1～2小时凝胶老化，再在500℃的恒定温度中煅烧1小时，完成表面改性TiO2颗粒的制备。聚乙二醇PEG是一种非离子表面活性剂，其分子式为H-(O-CH2-CH2)n-OH，其中的桥氧原子-O-亲水，-CH2-CH2-亲油。在通常情况下，聚乙二醇分子是一根锯齿型的长链，当溶于水时，长链成为曲折型，是在市场上较为常见的产品。本专利技术中，聚乙二醇-400是作为分散剂和造孔剂进行使用，可以有效提高纳米TiO2的光催化性能和光降解效率，并且使纳米TiO2的制造得到降低。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术是将PEG-400作为表面改性剂引入溶胶-凝胶法中制备PEG-400表面改性的纳米TiO2，适量的PEG-400掺杂在纳米TiO2粉末制备过程中，PEG-400作为非离子型表面活性剂包覆着TiO2胶粒，产生空间位阻效应，使胶体的Zeta电位稍有降低，胶体处于均匀分散状态，使制成的TiO2颗粒更加分散均匀，不会产生团聚效应，解决了TiO2团聚后影响光催化效率的问题；聚乙二醇-400在煅烧中被氧化为二氧化碳，起到了造孔剂的作用，这可以-->促使纳米TiO2形成多孔结构，从而提高了光催化效率，改性后对甲基橙的降解率比改性前提高了38.7个百分点，提高的效率明显；由于聚乙二醇-400是成熟的市场产品，价格较低，使改性纳米TiO2粉末的制备成本相对较低，技术上易于实现，很适宜推广。2、本专利技术制备的改性纳米TiO2在降解难降解有机物甲基橙的对比试验中，改性剂掺杂量为18.46％时，PEG-400改性纳米TiO2的对甲基橙的降解率为67.8％，而未改性纳米TiO2的降解率仅为29.1％，改性后对甲基橙的降解率提高了两倍多，而且比使用其他改性方法(如WO3-PEG400—TiO2、PEG2000—TiO2和WO3-PEG2000—TiO2)改性后对甲基橙的降解率都要高。附图说明图1为TiO2改性前的SEM。图2为经聚乙二醇-400表面改性TiO2的SEM。图3为本专利技术光催化实验反应装置结构示意图。图4为PEG的掺杂量和降解率的关系。图5为不同样品光催化降解率比较。图中标号：1紫外灯、2空气泵、3光催化设备、4恒温水浴。以下通过具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。具体实施方式针对聚乙二醇-400加入量的不同，给出以下各实施例。实施例1：1、室温下，取50mL无水乙醇和6mL分析纯的浓硝酸混合成混合液B，将混合液B缓慢滴加到快速搅拌的34mL的钛酸丁酯溶液中制成混合液C；2、室温下再取36mL无水乙醇、6mL蒸馏水和1g聚乙二醇-400混合制成混合液D；3、将所述混合液D缓慢滴加到快速搅拌的混合液C中，滴加结束后，继续搅拌，使混合液充分反应直至混合液中各固体成分均匀分散在溶液中时，停止搅拌，制得聚乙二醇-400改性的TiO2溶胶；4、所述聚乙二醇-400改性的TiO2溶胶经陈化，首先在100℃的干燥箱中干燥1～2小时凝胶老化，再在500℃的恒定温度中煅烧1小时，完成表面改性TiO2颗粒的制备实施例2：1、室温下，取50mL无水乙醇和6mL分析纯的浓硝酸混合成混合液B，将混合液B缓慢滴加到快速搅拌的34mL的钛酸丁酯溶液中制成混合液C；2、室温下再取36mL无水乙醇、6mL蒸馏水和6g聚乙二醇-400混合制成混合液D本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙二醇－４００改性的纳米ＴｉＯ↓［２］粉末，其特征是用于制备ＴｉＯ↓［２］的溶液按体积百分比的构成为：无水乙醇６５．２％、钛酸丁酯２５．８％、分析纯浓硝酸４．５％、水４．５％；并且在每１Ｌ用于制备ＴｉＯ↓［２］的溶液中，加入有聚乙二醇－４００改性剂７．５８～７５．８ｍｇ。

【技术特征摘要】
1、聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末，其特征是用于制备TiO2的溶液按体积百分比的构成为：无水乙醇65.2％、钛酸丁酯25.8％、分析纯浓硝酸4.5％、水4.5％；并且在每1L用于制备TiO2的溶液中，加入有聚乙二醇—400改性剂7.58～75.8mg。2、聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末的制备方法，其特征是以聚乙二醇-400作为表面改性剂引入溶胶-凝胶法中制备PEG-400表面改性的纳米TiO2。3、根据权利要求2所述的聚乙二醇-400改性的纳米TiO2粉末的制备方法，其特征是按如下步骤操作：a、室温下，取50mL无水乙醇和...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂和荣，姚恩亲，苑志华，
申请(专利权)人：宿州学院，姚恩亲，苑志华，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]