一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶，属于光催化材料领域，以TiCl4为钛源，低温水为溶剂，调节pH值生成白色沉淀，经过离心洗涤除去氯离子后加入双氧水生成一种黄色透明水溶液，该黄色透明水溶液经过静置、老化后用去离子水稀释成水溶液，之后采用冷冻干燥的方法除去水分，最后经过煅烧处理得到二氧化钛气凝胶，这种方法简化了二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。

Preparation method of titanium dioxide aerogel and titania aerogel

The invention discloses a preparation method of titanium dioxide aerogels and a titanium dioxide aerogel, belonging to the field of photocatalytic materials. TiCl4 is used as a titanium source and low temperature water as a solvent to adjust the pH value to form white precipitates. After centrifugation and washing, chlorine ions are removed and hydrogen peroxide is added to form a yellow transparent water solution. The solution was diluted with deionized water to form aqueous solution after static aging. After that, the water was removed by freeze drying. Finally, titanium dioxide aerogels were obtained by calcination. This method simplifies the preparation process of titanium dioxide aerogels, and the raw materials are rich and inexpensive, and do not use organic solvents. The surfactant not only saves production costs and pollution-free, but also has a unique structure. It is a three-dimensional structure formed by two dimensional titanium dioxide nanosheets, which improves the photocatalytic activity and stability of titanium dioxide aerogels.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛气凝胶的制备方法及二氧化钛气凝胶
本专利技术涉及光催化材料领域，尤其涉及一种二氧化钛气凝胶的制备方法以及通过上述制备方法制备的二氧化钛气凝胶。
技术介绍
纳米二氧化钛(TiO2)具有无毒、便宜、化学稳定性好及应用范围广等优点，特别是作为光催化剂在光电转换(太阳能电池)、光化学转换(光解水产氢)、有机污染物降解、降解室内甲醛和VOCs、杀菌、消毒及绿色建筑(自清洁玻璃及抗菌陶瓷)等领域均有非常广泛的应用前景，受到广大科研工作者及产业部门的广泛兴趣。然而，从试剂应用和产业化角度考虑，单纯的纳米二氧化钛(TiO2)的大规模应用仍存在一定的缺陷，例如：(1)纳米TiO2颗粒在实际应用过程中容易发生团聚，导致光催化活性大幅度下降；(2)纳米TiO2能带较宽，无法吸收可见光产生光电子和空穴；(3)光生电子和空穴无法及时分离，容易重新复合，导致光催化效率较低。因此，进一步改进和提高纳米TiO2光催化剂的活性及稳定性是当今研究的热点。二氧化钛气凝胶由于其独特的纳米三维空间堆积结构，具有较高的光催化性能及稳定性，是一种有极大应用前景的高性能光催化材料，近年来TiO2气凝胶光催化剂的合成、表征及应用受到广大科研工作者的关注。中国专利文献公告号CN1810356公开了一种高光催化活性纳米晶二氧化钛气凝胶的制备方法，主要采用四氯化钛为钛源，加入醇类有机溶剂及环氧化物，结合超临界干燥的方法制备而成。Yanget.al.(RSCAdvances,2014,4,32934)以钛酸丁酯为钛源，乙醇和正己烷为交换溶剂、醋酸为催化剂和螯合剂、聚乙二醇为表面活性剂，采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛气凝胶，其表观密度为716mg/ml。目前为止，绝大部分二氧化钛气凝胶均采用超临界干燥的方法制备，这种方法生产难度较大，成本高，不利于规模化生产。此外，由于二维结构的半导体材料具有独特的电子、几何及物理-化学特性，所以二维半导体材料的光催化性能优于纳米颗粒。然而，迄今为止，二氧化钛气凝胶均是由二氧化钛纳米颗粒随意堆积而成的三维结构。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提出一种二氧化钛气凝胶的制备方法，采用非钛醇盐溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术制备得到的具有二维纳米片结构的TiO2气凝胶，简化二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：S00：将去离子水加入至烧瓶中，不断搅拌所述去离子水且缓慢加入非钛醇盐，将所述烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至第一预设时间后停止搅拌；S10：向所述烧瓶内缓慢滴加碱性溶液，并调节所述烧瓶内部溶液pH值为中性或碱性，所述烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为第二预设时间；S20：通过离心处理得到白色沉淀，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀洗涤至无氯离子；S30：将所述白色沉淀分散在去离子水中，缓慢滴加双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为第三预设时间；S40：在所述黄色透明溶液中加入去离子水，冷冻干燥所述溶液制得二氧化钛气凝胶前躯体，将所述二氧化钛气凝胶前躯体煅烧处理，得到二氧化钛气凝胶，煅烧时间为第四预设时间。优选的，所述S00中，所述第一预设时间为0.5～2小时，所述第二预设时间为6～72小时。优选的，所述S30中，所述去离子水为50～200ml，所述第三预设时间为12～144小时。优选的，所述S40中，所述二氧化钛气凝胶前躯体在马弗炉中煅烧，煅烧温度为400～800℃，所述第四预设时间时间为15～240分钟。优选的，所述S40中，加入去离子水后使所述溶液中理论Ti含量配置为0.25～10mg/ml。优选的，所述S00中，所述去离子水温度为2～8℃，所述非钛醇盐为四氯化钛，所述去离子水与所述四氯化钛的质量比为100:0.2～100:10。优选的，所述S30中，所述双氧水与Ti的摩尔比为3:1～20:1。优选的，所述S10中，所述碱性溶液为摩尔浓度为5M的氨水、氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中的一种，调节所述烧瓶内部溶液pH值为7-11。优选的，所述S20中，用所述去离子水离心洗涤所述白色沉淀5-6次，离心速度为10000rpm。优选的，所述二氧化钛气凝胶配置为由二氧化钛组成的三维结构；所述三维结构由二维结构的二氧化钛纳米片堆叠而成。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的二氧化钛气凝胶的制备方法，以TiCl4为钛源，低温水为溶剂，调节pH值生成白色沉淀，经过离心洗涤除去氯离子后加入双氧水生成一种黄色透明水溶液，该黄色透明水溶液经过静置、老化后用去离子水稀释成水溶液，之后采用冷冻干燥的方法除去水分，最后经过煅烧处理得到二氧化钛气凝胶，这种方法简化二氧化钛气凝胶的制备过程；所选用的原料来源丰富且价格低廉，不使用有机溶剂及表面活性剂，不仅节约生产成本且环保无污染；所制备的二氧化钛气凝胶具有独特的结构，是由二维的二氧化钛纳米片堆积而成的三维结构，提高了二氧化钛气凝胶的光催化活性及稳定性。附图说明图1是本专利技术二氧化钛气凝胶的制备方法的流程图；图2是本专利技术实施例1提供的二氧化钛气凝胶的SEM图；图3是本专利技术实施例2制备的二氧化钛气凝胶的SEM图；图4是本专利技术实施例2制备的二氧化钛气凝胶的XRD谱图；图5是本专利技术实施例3制备的二氧化钛气凝胶的SEM图；图6是本专利技术实施例4制备的二氧化钛气凝胶及P25的可见光催化活性图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：S00：将500mL4℃去离子水加入至1000mL圆底烧瓶中，不断搅拌去离子水且缓慢加入3.6mL(6.2g)的TiCl4，将烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至1小时后停止搅拌；S10：向烧瓶内缓慢滴加浓度为5M的氨水溶液，并调节烧瓶内部溶液pH值为10，烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为6～72小时；S20：通过离心处理得到白色沉淀，离心速度为10000rpm，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀5次至无氯离子；S30：将白色沉淀分散在100mL去离子水中，缓慢滴加28mL的双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为48小时；S40：在黄色透明溶液中加入去离子水，稀释成理论Ti含量为5mg/ml，再将配置好的用液氮冷冻成块状，然后放到冷冻干燥机上除去水分得到干燥的二氧化钛气凝胶前躯体，将二氧化钛气凝胶前躯体在500℃下煅烧1小时可得到锐钛矿型的二氧化钛气凝胶。图2为二氧化钛气凝胶的SEM图片，从图中可以看出气凝胶中的二氧化钛具有二维纳米片状结构，由AFM实验结果可以得知纳米片的厚度为5.0nm左右。因此，本专利技术所制备的二氧化钛气凝胶不仅具有气凝胶本身的三维空间结构，同时具有二维的片状结构。实施例2本实施例中提供的一种二氧化钛气凝胶的制备方法，包括如下步骤：S00：将5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S00：将去离子水加入至烧瓶中，不断搅拌所述去离子水且缓慢加入非钛醇盐，将所述烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至第一预设时间后停止搅拌；S10：向所述烧瓶内缓慢滴加碱性溶液，并调节所述烧瓶内部溶液pH值为中性或碱性，所述烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为第二预设时间；S20：通过离心处理得到白色沉淀，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀洗涤至无氯离子；S30：将所述白色沉淀分散在去离子水中，缓慢滴加双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为第三预设时间；S40：在所述黄色透明溶液中加入去离子水，冷冻干燥所述溶液制得二氧化钛气凝胶前躯体，将所述二氧化钛气凝胶前躯体煅烧处理，得到二氧化钛气凝胶，煅烧时间为第四预设时间。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S00：将去离子水加入至烧瓶中，不断搅拌所述去离子水且缓慢加入非钛醇盐，将所述烧瓶置于冰水浴中继续搅拌，直至第一预设时间后停止搅拌；S10：向所述烧瓶内缓慢滴加碱性溶液，并调节所述烧瓶内部溶液pH值为中性或碱性，所述烧瓶内溶液进行化学反应且生成白色沉淀，化学反应的时间为第二预设时间；S20：通过离心处理得到白色沉淀，并加入去离子水重复洗涤所述白色沉淀洗涤至无氯离子；S30：将所述白色沉淀分散在去离子水中，缓慢滴加双氧水至溶液变为黄色透明溶液，静置老化所述黄色透明溶液，静置老化的时间为第三预设时间；S40：在所述黄色透明溶液中加入去离子水，冷冻干燥所述溶液制得二氧化钛气凝胶前躯体，将所述二氧化钛气凝胶前躯体煅烧处理，得到二氧化钛气凝胶，煅烧时间为第四预设时间。2.根据权利要求1所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S00中，所述第一预设时间为0.5～2小时，所述第二预设时间为6～72小时。3.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S30中，所述去离子水为50～200ml，所述第三预设时间为12～144小时。4.根据权利要求1或2所述的二氧化钛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述S40中，所述二氧化钛气...

【专利技术属性】
技术研发人员：许清池，王金贵，陈建玲，
申请(专利权)人：泉州市陶源环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35