二氧化钛/二氧化硅光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二氧化钛/二氧化硅光催化剂及其制备方法，该制备方法先通过向钛酸酯、乙醇和冰醋酸混合体系中滴加水，控制钛酸酯的水解速度，得到粒径较小的无定型二氧化钛粒子，再滴加强氧化性酸进行反应得到二氧化钛溶胶，使无定型的二氧化钛转变为锐钛矿性的二氧化钛，制备的二氧化钛颗粒粒径小，锐钛矿相纯度高，有利于提高光催化活性。将二氧化钛溶胶粒子超声搅拌分散于二氧化硅凝胶中，干燥后二氧化钛颗粒负载于二氧化硅颗粒上，由于二氧化硅颗粒具有较大的比表面积，且二氧化硅能够抑制二氧化钛的相变，有利于光催化活性的进一步提高。上述方法制备条件温和，无需进行煅烧处理，节省能源，同时获得良好的光催化活性。

Titanium dioxide/silica photocatalyst and its preparation method

The invention relates to a titanium dioxide/silicon dioxide photocatalyst and a preparation method thereof. The preparation method first controls the hydrolysis speed of titanate by adding water to the mixed system of titanate, ethanol and glacial acetic acid, obtains amorphous titanium dioxide particles with smaller particle size, and then drips oxidizing acid to react to obtain titanium dioxide sol, so that amorphous titanium dioxide can be transformed into acute titanium dioxide. Titanium dioxide with titanium mineral property has small particle size and high purity of anatase phase, which is conducive to improving photocatalytic activity. The titanium dioxide sol particles were dispersed in silica gel by ultrasonic stirring. After drying, titanium dioxide particles were loaded on silica particles. Because silica particles had large specific surface area and silica could inhibit the phase transition of titanium dioxide, it was beneficial to further improve the photocatalytic activity. The above method has mild preparation conditions, does not need calcination treatment, saves energy, and obtains good photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛/二氧化硅光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂
，特别是涉及一种二氧化钛/二氧化硅光催化剂及其制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种宽禁带半导体，在紫外线的作用下，锐钛矿型的二氧化钛纳米粒子具有较好的光催化效果。锐钛矿型的二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，相当于387.5nm的光量子能量，当受到波长小于387.5nm的光照射时，二氧化钛中的电子受激发跃迁。电子和空穴分离后，与二氧化钛表面的氧气和水反应，产生强氧化性的自由基，使二氧化钛表现出强催化活性。二氧化钛的粒径越小，比表面积越大，其受紫外光照射时能产生的电子、空穴越多，催化活性越强。传统的溶胶-凝胶法制备的二氧化钛凝胶干燥后需要结合高温煅烧以达到较良好的光催化活性，但是制备的纳米颗粒粒径偏大，且通常含有一定量的金红石相，不利于光催化活性的提高。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种具有高催化活性的二氧化钛/二氧化硅光催化剂及其制备方法。一种二氧化钛/二氧化硅光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钛酸酯加入乙醇和冰醋酸的混合液中，边搅拌边滴加水，滴加完毕后在40℃～65℃下搅拌反应，得水解液；向所述水解液中滴加强氧化性酸，滴加完毕后在60℃～85℃下继续搅拌反应，得二氧化钛溶胶；将所述二氧化钛溶胶加入二氧化硅凝胶中，超声搅拌，干燥，即得。在其中一个实施例中，冰醋酸、钛酸酯、乙醇和水的体积比为1:(8～15):(80～150):(150～250)。在其中一个实施例中，水的滴加时间为15min～30min，水滴加完毕后搅拌反应的时间为5min～30min。在其中一个实施例中，所述强氧化性酸的滴加时间为5min～10min，所述强氧化性酸滴加完毕后搅拌反应的时间为3h～6h。在其中一个实施例中，所述强氧化性酸的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L，所述强氧化性酸与所述水解液的体积比为1:(1.2～2)。在其中一个实施例中，所述超声搅拌的时间为1h～3h。在其中一个实施例中，所述二氧化硅凝胶由包括如下步骤的方法制备得到：取体积比为1:(4～10)的四氯化硅与水玻璃溶液在60℃～100℃下搅拌反应，当体系pH值为12～13时，停止搅拌，老化30min～60min，即得。在其中一个实施例中，所述干燥是在超临界的条件下干燥。在其中一个实施例中，所述在超临界的条件下干燥包括：将所述二氧化钛溶胶和所述二氧化硅凝胶的混合物用乙醇进行溶剂置换得到醇凝胶，将所述醇凝胶和乙醇加入高压釜中，通入惰性气体排出空气后，升温升压至乙醇的超临界值，保温保压0.5h～2h；维持温度，泄压至常压，通入惰性气体吹扫0.5h～2h，降温，出料。在其中一个实施例中，所述钛酸酯选自钛酸丁酯、钛酸丙酯和钛酸乙酯中的至少一种。在其中一个实施例中，所述强氧化性酸选自硝酸、硫酸中的至少一种。一种由上述任一实施例的制备方法制备得到的二氧化钛/二氧化硅光催化剂。与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：上述二氧化钛/二氧化硅光催化剂的制备方法，先通过向钛酸酯、乙醇和冰醋酸混合体系中滴加水，控制钛酸酯的水解速度，得到粒径较小的无定型二氧化钛粒子，再滴加强氧化性酸进行反应得到二氧化钛溶胶，使无定型的二氧化钛转变为锐钛矿性的二氧化钛，制备得到的二氧化钛颗粒粒径小，锐钛矿相纯度高，有利于提高光催化活性。将制备的二氧化钛溶胶粒子超声搅拌分散于二氧化硅凝胶中，干燥制得光催化剂。二氧化钛颗粒负载于二氧化硅颗粒上，由于二氧化硅颗粒具有较大的比表面积，且二氧化硅能够抑制二氧化钛的相变，有利于光催化活性的进一步提高。上述方法制备条件温和，无需进行煅烧处理，节省能源，同时获得良好的光催化活性。附图说明图1为实施例1制备得到的二氧化钛/二氧化硅光催化剂的电镜图；图2为实施例1制备得到的二氧化钛/二氧化硅光催化剂的XRD测试图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术一实施例的二氧化钛/二氧化硅光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(一)取钛酸酯加入乙醇和冰醋酸的混合液中，边搅拌边滴加水，滴加完毕后在40℃～65℃下搅拌反应，得水解液；(二)向水解液中滴加强氧化性酸，滴加完毕后在60℃～85℃继续搅拌反应，得二氧化钛溶胶；(三)将二氧化钛溶胶加入二氧化硅凝胶中，超声搅拌，干燥，即得。上述制备方法，通过向钛酸酯、乙醇和冰醋酸体系中滴加水，以控制钛酸酯的水解速度，得到粒径较小的无定型二氧化钛粒子。在其中一个示例中，冰醋酸、钛酸酯、乙醇和水的体积比为1:(8～15):(80～150):(150～250)，进一步，水的滴加时间为15min～30min，可获得合适的水解速度，得到的二氧化钛粒径较小。水滴加完毕后继续搅拌反应5min～30min，以较为充分地进行水解。其中，钛酸酯可选自钛酸丁酯、钛酸丙酯和钛酸乙酯中的至少一种。强氧化性酸可选自硝酸、硫酸中的至少一种。向水解液中滴加强氧化性酸，使无定型的二氧化钛转变为锐钛矿性的二氧化钛。在其中一个示例中，强氧化性酸的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L，强氧化性酸与水解液的体积比为1:(1.2～2)，强氧化性酸在5min～10min滴加完毕，强氧化性酸滴加完毕后继续搅拌反应3h～6h，可获得合适的反应速度，防止凝胶，控制体系为溶胶状态，并且制备的二氧化钛溶胶体系稳定性良好，可放置数月无沉降。二氧化钛溶胶加入二氧化硅凝胶中，边超声边进行搅拌，超声搅拌的时间可为1h～3h，使二氧化钛溶胶粒子充分地分散于二氧化硅凝胶中。进行干燥后，二氧化钛颗粒即负载于二氧化硅颗粒上，得到二氧化钛/二氧化硅光催化剂。在其中一个示例中，二氧化硅凝胶由包括如下步骤的方法制备得到：取四氯化硅与水玻璃溶液在60℃～100℃下搅拌反应，当体系pH值为12～13时，停止搅拌，老化30min～60min，即得。四氯化硅与水玻璃溶液的体积比为1:(4～10)。在其中一个示例中，水玻璃溶液中SiO2的质量分数为1％～10％。二氧化硅凝胶干燥过程中随着水分子的逸出，由于表面张力会导致孔道塌陷，干燥后凝胶会缩成一小团，使得粒径较大，比表面积降低。在其中一个示例中，采用超临界干燥的方式，避免凝胶在失去水分子时由于表面张力而导致的塌陷和团聚，使干燥后的产物保持蓬松的形态，得到粒径小、比表面积大的二氧化钛/二氧化硅光催化剂。采用的超临界流体可以是甲醇、乙醇或二氧化碳等。在其中一个示例中，采用乙醇作为超临界流体，超临界干燥包括如下步骤：将二氧化钛溶胶和二氧化硅凝胶的混合物用乙醇进行溶剂置换得到醇凝胶，将醇凝胶和乙醇加入高压釜中，通入惰性气体排出空气后，升温升压至乙醇的超临界值，保温保压0.5h～2h；维持温度，泄压至常压，通入惰性气体吹扫0.5～2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛/二氧化硅光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钛酸酯加入乙醇和冰醋酸的混合液中，边搅拌边滴加水，滴加完毕后在40℃～65℃下搅拌反应，得水解液；向所述水解液中滴加强氧化性酸，滴加完毕后在60℃～85℃下继续搅拌反应，得二氧化钛溶胶；将所述二氧化钛溶胶加入二氧化硅凝胶中，超声搅拌，干燥，即得。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛/二氧化硅光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钛酸酯加入乙醇和冰醋酸的混合液中，边搅拌边滴加水，滴加完毕后在40℃～65℃下搅拌反应，得水解液；向所述水解液中滴加强氧化性酸，滴加完毕后在60℃～85℃下继续搅拌反应，得二氧化钛溶胶；将所述二氧化钛溶胶加入二氧化硅凝胶中，超声搅拌，干燥，即得。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，冰醋酸、钛酸酯、乙醇和水的体积比为1:(8～15):(80～150):(150～250)。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水的滴加时间为15min～30min，水滴加完毕后搅拌反应的时间为5min～30min；和/或所述强氧化性酸的滴加时间为5min～10min，所述强氧化性酸滴加完毕后搅拌反应的时间为3h～6h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强氧化性酸的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L，所述强氧化性酸与所述水解液的体积比为1:(1.2～2)。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：向柏霖，林红卫，陈桂，罗正红，
申请(专利权)人：怀化学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43