一种窗口可控的3DOM-TiO2的光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种窗口可控的3DOM‑TiO2光催化剂的制备，包括步骤：聚苯乙烯的合成、聚苯乙烯胶体晶体模板(PS)的制备和有不同尺寸窗口光的3DOM‑TiO2光催化剂的制备。本发明专利技术的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的窗口可控的3DOM‑TiO2光催化剂具有无二次污染，光催化效率高等优点，具有一定的应用价值。

Preparation method of photocatalyst with controllable window 3DOM-TiO2

The invention relates to the preparation of a window controlled 3DOM TiO2 photocatalyst, including the synthesis of polystyrene, the preparation of polystyrene colloidal crystal template (PS) and the preparation of 3DOM catalyst TiO2 photocatalyst with different size window light. The beneficial effect of the invention is that the preparation method is simple and the preparation conditions are easy to control. The prepared 3DOM TiO2 photocatalyst with controllable window has the advantages of no two pollution, high photocatalytic efficiency, and has a certain application value.

【技术实现步骤摘要】
一种窗口可控的3DOM-TiO2的光催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种对三维有序孔结构的TiO2窗口尺寸调控的制备，属于光催化
这种光催化剂能有效利用太阳光中的紫外光，从而提高光催化效率。
技术介绍
在众多材料中，TiO2作为一种传统半导体光催化材料，凭借化学性质稳定、光照不发生光腐蚀、无明显毒性、成本低等独特优势，被认为是最有前景的光催化材料之一。然而光生电子空穴对很容易产生再结合，为了解决半导体材料共有的问题，我们主要通过简单高效的手段在TiO2材料内部实现三维有序孔结构的可控构筑，同时从结构和表面化学性质上进行研究，进一步增强它在紫外光区域内的光吸收，提高光催化活性。以自组装的聚苯乙烯(PS)球作为三维有序大孔TiO2(3DOM-TiO2)的硬模板，通过填充TiO2前驱体溶液，制备出具有不同连接孔孔径的3DOM-TiO2光催化材料。通过SEM、TEM、XRD等表征手段，证明大孔及连接孔孔径可以被很好地控制。本专利主要通过改变PS球自组装的方式来改变PS球接触面积，从而控制3DOM-TiO2的连接窗口直径。这一窗口尺寸有关的的光催化规则可以为其他具有互连孔结构的三维材料提供参考。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于上述问题，本专利技术提供一种窗口可控的3DOM-TiO2制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的一个技术方案是：窗口可控的3DOM-TiO2制备方法，按照下述步骤进行：(1)聚苯乙烯的合成：以苯乙烯为原料，聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，分子量40000)和过硫酸铵(APS)分别作催化剂和引发剂，在N2保护下，70℃油浴反应15h可得乳白色聚苯乙烯乳液；(2)聚苯乙烯胶体晶体模板(PS)的制备：反应完毕，将产物(白色乳液)自然冷却至室温,分别以自然沉降，高速及超高转速离心聚苯乙烯乳液，后将离心产物超声分散于乙醇并置于40℃油浴中烘干，得到直径1μm左右、接触面积依次增大的三种PS小球模板；(3)有不同尺寸窗口光的3DOM-TiO2光催化剂的制备：本实验采用胶态晶体模板法制备3DOM-TiO2。将不同离心转速的PS小球模板分别浸于钛酸四丁酯前驱体液中，浸泡，抽滤，烘干，使得PS胶晶模板被充分填充。填充过程完成后，通过高温煅烧，移除PS模板，得到不同连接孔孔径的3DOM-TiO2，并命名为3DOM-TiO2-S，3DOM-TiO2-M，3DOM-TiO2-L。进一步地，所述的步骤(1)中反应必须在N2保护下进行，温度不能超过75℃或低于65℃；进一步地，所述的步骤(2)的的高速及超高速分别为8000rpm和16000rpm，离心时间为10min；进一步地，所述的步骤(3)中钛酸四丁酯前驱体液是以摩尔比1：10：0.6：7：2分别量取钛酸四丁酯(TBOT)、乙醇、醋酸、盐酸和蒸馏水，混合形成的透明溶胶。窗口可控的3DOM-TiO2的光催化剂的应用，用于光催化降解亚甲蓝(MB)溶液，按照下述步骤进行：称取30mg催化剂放入试管中，加入50mL25mg/LMB溶液，用1000W汞灯作为光源，进行光催化降解反应。暗反应时间为90min，光照后，每5min取次样，进行离心，进而测其吸光度。本专利技术的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备窗口可控的3DOM-TiO2光催化剂为绿色环保高性能催化剂，无污染，催化效率高，具有一定的应用价值。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术实施例1制备得到的三种PS晶胶模板的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备得到的窗口可控的3DOM-TiO2催化剂的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1制备得到的窗口可控的3DOM-TiO2催化剂的X射线衍射图；图4是本专利技术实施例1制备得到的窗口可控的3DOM-TiO2催化剂光降解亚甲蓝的浓度随光照时间变化图。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1(1)通过传统的分散聚合法合成PS小球。电子天平称取8g苯乙烯，溶于100mL无水乙醇中，得溶液A。电子天平称取0.06g聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，分子量40000)和0.15g过硫酸铵(APS)，溶于12mL去离子水中，得溶液B。将溶液A与溶液B混合，转移至250mL三口烧瓶中，鼓氮排氧40min，将三口烧瓶放入油浴锅中预热至70℃，反应时间为15h。反应完毕后，将产物(白色乳液)自然冷却至室温。(2)反应完毕后，将产物(白色乳液)自然冷却至室温,分别以0rpm(自然沉降),8000rpm,16000rpm转速离心，离心产物置于40℃油浴中烘干，得到直径1μm左右、接触面积依次增大的三种PS小球模板。(3)本实验采用胶态晶体模板法制备3DOM-TiO2。首先配制前驱体溶液，以摩尔比1：10：0.6：7：2分别量取钛酸四丁酯(TBOT)、乙醇、醋酸、盐酸和蒸馏水，混合形成透明溶胶。将不同离心转速的PS小球模板分别浸于该透明溶胶中，浸泡30min，后真空抽滤除去多余溶胶，75℃下干燥2h。重复上述操作多次，使得PS胶晶模板被充分填充。填充过程完成后，通过高温煅烧，移除PS模板，升温时，先将温度缓慢升至300℃，恒温4h，再升温至500℃，恒温6h，最后使体系自然冷却，得到不同连接孔孔径的3DOM-TiO2。采用日本JSM-6360A型扫描电子显微镜观察实施例1制备的三种PS小球模板和窗口可控的3DOM-TiO2催化剂的形貌，扫描电镜图如图1和图2所示，从图中可以看出，本实施方式制备的三种PS小球的接触面积随自组装速度增大而增大，并且3DOM-TiO2的窗口也逐渐增大。实施例1所制备的窗口可控的3DOM-TiO2催化剂的晶相结构由日本理学D/max2500PC自转X-射线衍射仪分析，其中，X射线为Cu靶电压40kV，电流100mA，步长为0.02°，扫描范围5°～80°。X射线衍射图谱如图3所示，由图可知，窗口可控的3DOM-TiO2为锐钛矿。将实施例1中制备的窗口可控的3DOM-TiO2作为光催化剂降解亚甲蓝溶液，其中亚甲蓝溶液浓度为25mg/L，取3DOM-TiO2催化剂30mg，先暗反应90min使溶液达到吸附解吸平衡，再进行紫外光催化反应，采用1000W汞灯作为光源，每隔5min用滴管抽取3ml反应液于离心管中，放入高速离心机中离心3min后，后用紫外分光光度计测量光催化效果。实施例1所制备的窗口可控的3DOM-TiO2催化剂对亚甲蓝的降解性能如图4所示。由图4可见，窗口可控的3DOM-TiO2对亚甲蓝的降解效果好过普通纳米TiO2片(TiO2NPs),并且35min内亚甲蓝几乎完全被3DOM-TiO2-L降解，3DOM-TiO2的光催化性能随着窗口的增大而增强。以上述本专利技术的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项专利技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项专利技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窗口可控的3DOM‑TiO2的光催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚苯乙烯的合成：以苯乙烯为原料，聚乙烯吡咯烷酮K‑30(PVP，分子量40000)和过硫酸铵(APS)分别作催化剂和引发剂，在N2保护下，70℃油浴反应15h可得乳白色聚苯乙烯乳液；(2)聚苯乙烯胶体晶体模板(PS)的制备：反应完毕，将产物(白色乳液)自然冷却至室温,分别以自然沉降，高速及超高转速离心聚苯乙烯乳液，后将离心产物超声分散于乙醇并置于40℃油浴中烘干，得到直径1μm左右、接触面积依次增大的三种PS小球模板；(3)有不同尺寸窗口光的3DOM‑TiO2光催化剂的制备：本实验采用胶态晶体模板法制备3DOM‑TiO2。将不同离心转速的PS小球模板分别浸于钛酸四丁酯前驱体液中，浸泡，抽滤，烘干，使得PS胶晶模板被充分填充。填充过程完成后，通过高温煅烧，移除PS模板，得到不同连接孔孔径的3DOM‑TiO2，并命名为3DOM‑TiO2‑S，3DOM‑TiO2‑M，3DOM‑TiO2‑L。

【技术特征摘要】
1.一种窗口可控的3DOM-TiO2的光催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚苯乙烯的合成：以苯乙烯为原料，聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，分子量40000)和过硫酸铵(APS)分别作催化剂和引发剂，在N2保护下，70℃油浴反应15h可得乳白色聚苯乙烯乳液；(2)聚苯乙烯胶体晶体模板(PS)的制备：反应完毕，将产物(白色乳液)自然冷却至室温,分别以自然沉降，高速及超高转速离心聚苯乙烯乳液，后将离心产物超声分散于乙醇并置于40℃油浴中烘干，得到直径1μm左右、接触面积依次增大的三种PS小球模板；(3)有不同尺寸窗口光的3DOM-TiO2光催化剂的制备：本实验采用胶态晶体模板法制备3DOM-TiO2。将不同离心转速的PS小球模板分别浸于钛酸四丁酯前驱体液中，浸泡，抽滤，烘干，使得PS胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：周满，侯楚珺，李忠玉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32