一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构、其制备方法及其应用技术

一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构的制备方法，包括如下步骤：（1）将TiO2加入蒸馏水中配置成浓度为100~500 g/L的悬浊液，加入TiO2质量0.1%~0.5%的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌0.5‑2 h；（2）将步骤（1）所得物加热至60‑100 ℃，搅拌下同时加入硅酸钠溶液与硫酸溶液，使硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:（5~45），反应体系pH为8~11，反应1h~3h，室温陈化1.5~3 h后，用蒸馏水洗涤至电导率小于20 mS/m，得到SiO2@TiO2的悬浊液；或者，将SiO2@TiO2的悬浊液在100~110℃下干燥至少24 h，研磨得到SiO2@TiO2粉体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工
，具体涉及一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构、其制备方法及其应用。
技术介绍
TiO2主要有锐钛矿、金红石、板钛矿等晶型，其广泛应用于工业领域如涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品；环境保护领域如作为光催化剂消除环境污染物；食品行业；化妆品行业等。根据《2013-2017年中国钛白粉行业产销需求与投资预测分析报告》数据显示，我国钛白粉总产能占世界的30%，是世界最大的钛白粉生产国，也是世界最大钛白粉消费国。单纯的二氧化钛市场竞争大、利润空间小，因此，对二氧化钛进行表面修饰、提高产品附加值势必成为二氧化钛行业发展的趋势。二氧化钛作为一种半导体，能够在紫外光激发下产生具有强氧化性的空穴及羟基自由基，光催化降解在其表面吸附的有机物，纳米级TiO2颗粒小、比表面积大等，有利于光催化活性的进一步增强，但高的表面能使其极易团聚。TiO2是涂料、油漆等产品中一种重要的添加剂，高的光催化活性容易使涂料和油漆中的有机成膜物质发生降解，造成产品黄变脱落、稳定性和耐候性差；且TiO2的团聚问题也影响产品分散性。因此，设计一类催化活性可控、分散性稳定的TiO2添加剂，并开发其宏量制备方法，对于提高相关产品的附加值具有重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构、其制备方法及其应用。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，包括如下步骤：（1）将TiO2加入蒸馏水中配置成浓度为100~500g/L的悬浊液，加入TiO2质量0.1%~0.5%的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌0.5-2h；（2）将步骤（1）的溶液加热至60-100℃，搅拌下同时加入硅酸钠溶液与硫酸溶液，使硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:（5~45），反应体系的pH为8~11，反应1h~3h，室温陈化1.5~3h后，用蒸馏水洗涤至电导率小于20mS/m，得到SiO2@TiO2的悬浊液；或者，将该SiO2@TiO2的悬浊液在100~110℃下干燥至少24h，研磨得到SiO2@TiO2粉体，@表示包覆。进一步地，上述制备方法还包括步骤（3）：将步骤（2）SiO2@TiO2粉体配置成10~50wt%的悬浊液，用浓氨水调节pH=8~11，加入硅烷偶联剂，搅拌0.5-2h，得到SiO2@TiO2悬浊液。所述步骤（1）中TiO2为锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛或P25。所述步骤（2）中硅酸钠溶液的浓度为0.5~1mol/L（优选0.5mol/L），硫酸溶液的浓度为0.5~1.5mol/L。所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-792或DL-602。上述宏量制备方法制得的稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构。上述稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构作为光催化剂的应用。光催化活性测试以100mL10mg/L甲基橙溶液为目标反应物，氙灯为光源，SiO2@TiO2光催化剂的用量为0.1g。本专利技术针对现有方法制备的SiO2@TiO2颗粒壳层厚度不均匀，光催化活性不可控，由于颗粒尺寸小、比表面大、表面能高所引起的团聚、沉淀、易凝结、不易分散等技术问题，提供了一种采用液相化学沉积法，以锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛、P25和新型二氧化钛作为原料，硅酸钠为壳层前驱体，制备出不同壳层厚度的SiO2@TiO2颗粒，并利用硅烷偶联剂修饰，使其能够均匀稳定的分散。采用本方法制备并分散的SiO2@TiO2颗粒，壳层厚度均匀且可控，光催化活性可控，分散性稳定。本专利技术的SiO2@TiO2颗粒对甲基橙具有很好的光催化降解作用。本专利技术实验方法、设备和工艺简单易行，重复性好，制得的SiO2@TiO2颗粒可以广泛应用于涂料、油墨、颜料等行业。附图说明图1（a）、（b）分别实施例1和试验例1得到的产品的透射电子显微镜图；（b）图是在1:10条件下对（a）进行修饰，由图中可知修饰后的二氧化钛表面的壳层厚度约为12nm；图2为原料TiO2及实施例1至3、实施例5、实施例7所得样品的XRD图；图3为原料TiO2及实施例1至7所得SiO2@TiO2颗粒的壳层厚度分布图；图4为原料TiO2与SiO2-TiO2不同摩尔比时光催化活性图；图5（a）、5（b）是原料TiO2及试验例1得到产品的接触角。具体实施方式以下结合具体实例对本专利技术做进一步的详细说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1一种稳定分散且光催化活性可控SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，步骤如下：（1）将100g锐钛矿TiO2加入蒸馏水中配成浓度为100g/L的悬浊液，加入0.3g的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌30min；（2）将步骤（1）分散好的样品转移到反应器中，80℃水浴、搅拌速率为800r/min下，向反应器中同时加入0.5mol/L硅酸钠溶液与1.5mol/L硫酸溶液，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:10，反应体系pH=9.5，硅酸钠溶液的滴加速度为1.5mL/min，反应2h后，室温陈化3h，用蒸馏水洗涤至电导率小于20mS/m，得到一定固液比的SiO2@TiO2悬浊液储存；（3）或将步骤（2）的SiO2@TiO2悬浊液在105℃下干燥24h，研磨成粉体储存，@表示包覆。实施例2一种稳定分散且光催化活性可控SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，步骤如下：（1）将100g锐钛矿TiO2加入蒸馏水中配成浓度为300g/L的悬浊液，加入0.5g的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌1h；（2）将步骤（1）分散好的样品转移到反应器中，60℃水浴、搅拌速率为200r/min下，向反应器中同时加入0.5mol/L硅酸钠溶液与0.5mol/L硫酸溶液，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:7.5，反应体系pH=8，硅酸钠溶液的滴加速度为1.5mL/min，反应1h后，室温陈化2h，用蒸馏水洗涤至电导率小于20mS/m，得到一定固液比的SiO2@TiO2悬浊液储存；（3）或将步骤（2）的SiO2@TiO2悬浊液在105℃下干燥24h，研磨成粉体储存，@表示包覆。实施例3一种稳定分散且光催化活性可控SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，步骤如下：（1）将100g锐钛矿TiO2加入蒸馏水中配成浓度为500g/L的悬浊液，加入0.1g的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌2h；（2）将步骤（1）分散好的样品转移到反应器中，100℃水浴、搅拌速率为500r/min下，向反应器中同时加入0.5mol/L硅酸钠溶液与1mol/L硫酸溶液，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:15，反应体系pH=10，硅酸钠溶液的滴加速度为1.5mL/min，反应3h后，室温陈化1.5h，用蒸馏水洗涤至电导率小于20mS/m，得到一定固液比的SiO2@TiO2悬浊液储存；（3）或将步骤（2）的SiO2@TiO2悬浊液在105℃下干燥24h，研磨成粉体储存，@表示包覆。实施例4一种稳定分散且光催化活性可控SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，步骤如下：（1）将100g锐钛矿TiO2加入蒸馏水中配成浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将TiO2加入蒸馏水中配置成浓度为100~500 g/L的悬浊液，加入TiO2质量0.1%~0.5%的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌0.5‑2 h；（2）将步骤（1）所得物加热至60‑100 ℃，搅拌下同时加入硅酸钠溶液与硫酸溶液，使硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:（5~45），反应体系的pH为8~11，反应1h~3h，室温陈化1.5~3 h后，用蒸馏水洗涤至电导率小于20 mS/m，得到SiO2@TiO2的悬浊液；或者，将SiO2@TiO2的悬浊液在100~110℃下干燥至少24 h，研磨得到SiO2@TiO2粉体，@表示包覆。

【技术特征摘要】
1.一种稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将TiO2加入蒸馏水中配置成浓度为100~500g/L的悬浊液，加入TiO2质量0.1%~0.5%的(NaPO3)6作为分散剂，搅拌0.5-2h；（2）将步骤（1）所得物加热至60-100℃，搅拌下同时加入硅酸钠溶液与硫酸溶液，使硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:（5~45），反应体系的pH为8~11，反应1h~3h，室温陈化1.5~3h后，用蒸馏水洗涤至电导率小于20mS/m，得到SiO2@TiO2的悬浊液；或者，将SiO2@TiO2的悬浊液在100~110℃下干燥至少24h，研磨得到SiO2@TiO2粉体，@表示包覆。2.根据权利要求1所述的稳定分散且光催化活性可控的SiO2@TiO2核壳结构的宏量制备方法，其特征在于，还包括步骤（3）：将步骤（2）得到的SiO2@TiO2粉体配置成10~50wt%的悬浊液，用浓氨水调节pH=8~11，加入硅烷偶联剂，搅拌0.5-2h，得到SiO2@TiO2悬浊液。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，李璇，杨建军，李秋叶，周长华，邢晓蕾，郭艳如，王晓冬，李小红，张治军，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41