基于原位裂解技术的纳米光触媒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于原位裂解技术的纳米TiO

【技术实现步骤摘要】
基于原位裂解技术的纳米光触媒的制备方法
本专利技术涉及一种光触媒材料制备技术，属于光触媒材料制备
；具体涉及一种基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法。同时，本专利技术还公开了一种基于上述基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法制备的环保型紫外光响应纳米光触媒。
技术介绍
光触媒催化技术是现代室内污染防治主要技术之一。光触媒是一种以纳米级二氧化钛(TiO2)为代表，在光子的激发下能够起到催化作用的光半导体材料的统称。光触媒可涂布于基材表面，在紫外光及可见光的作用下，产生强氧化性的羟基自由基和负氧离子，产生的强烈催化降解功能，能达到去除甲醛、除臭、抗污、净化空气等效果。紫外光催化材料是紫外光催化的关键因素，而TiO2作为光催化剂存在两个主要的限制因素：其一，纯TiO2本身呈白色，对光波具有较强的反射作用，此外，由于其3.2eV的禁带宽度，只能吸收少量的光波，这就限制了纯TiO2对光波的吸收效率和转换效率。且由于TiO2能够吸收光波的频率低于紫外频率(5×1015～1×1016Hz)，且在自然环境中紫外光占比较低，不足自然光的10％，故需要通过改性纯TiO2增加其对紫外光的吸收率。其二，纯TiO2在较强的酸性或碱性环境下会失去活性，不能应用于条件恶劣的环境中，这就大大限制了纯TiO2的使用范围。中国专利201910982179.8公开了一种一维金属掺杂金红石二氧化钛纳米线的制备方法，通过配置钛源、氯化钠、磷酸氢二钠和金属盐的混合物粉体，经过高温熔融生长、沸水中清洗离心除杂、最后真空干燥，得到一维金属掺杂金红石TiO2纳米线。此方法通过掺杂能够拓展金红石TiO2纳米线在可见光的吸收范围，部分提高其光催化活性。通常情况下，在纯TiO2上负载贵金属Pd、Au等也是一种改进的方法，但是贵金属的价格较高限制了该方法的应用。中国专利201910986445.4采用了一种改进水热法来制备锐钛型纳米二氧化钛粉体，此专利，通过控制反应溶液的PH值，水热晶化的反应温度及热处理时间控制，可以制备均匀性高、平均粒径小于100nm，晶型稳定的锐钛型纳米TiO2粉体，能在一定程度上提高产物的光催化活性和活性的稳定性。但由于此方法利用浓硫酸提供强酸环境，操作较危险，易造成污染，不利于大批量或工业化生产；并且此法所得二氧化钛粒径偏大，在溶液中容易团聚形成沉淀，不利于催化反应进行。中国专利CN01117336.X公开了一种在空气中以约400℃的温度煅烧氢氧化钛后获得二氧化钛的方法，通过此法可以获得较为洁净的二氧化钛，但是存在操作复杂、单次产量少、不利于大批量生产等短板。因此，本专利技术需要设计一种安全高效、无污染、成本低且可大批量生产的高效光触媒制备方法，以弥补现有技术的不足。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术提供了一种基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法，该方法具有操作简单、设备要求低、重复性高、制备安全无污染的技术效果。同时，基于上述制备方法，本专利技术还公开了一种环保型紫外光响应纳米光触媒，该环保型紫外光响应纳米光触媒具有粒径小，吸收波段宽，光催化效率高的技术效果。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法,该制备方法包括以下步骤：A、制备或获取钛源，得原料；B、将原料、果糖及表面活性剂混合，在恒温下搅拌进行反应1～5天，反应完成后离心处理，得表面接枝改性的白色TiO2沉淀，将白色TiO2沉淀进行洗涤和干燥，即得接枝有机官能团的白色纳米TiO2粉末；C、将步骤B的纳米TiO2粉末置于惰性气氛热处理设备中，并将惰性气氛热处理设备内部升温至350～400℃，保持炉内温度1～5min进行退火，纳米TiO2粉末表面有机官能团受热裂解，并催化形成表面原位生长碳层的TiO2纳米复合颗粒，即得灰色所述纳米TiO2@C光触媒。优选的，所述步骤A中，钛源的制备可采用氢氧化钛为原材料，利用煅烧法煅烧原材料，制得所述钛源。优选的，所述利用煅烧法煅烧原材料的煅烧温度为350～500℃。优选的，所述步骤B中，恒温搅拌进行反应可采用恒温磁力搅拌锅进行，其中恒温磁力搅拌锅的恒温温度为30～40℃。优选的，所述步骤B中，干燥温度为80℃，干燥时间至少24h。优选的，所述步骤B中，原料、果糖及表面活性剂的质量比为1：3：(5～10)。优选的，所述步骤B中，制备的纳米TiO2粉末粒径为5～50nm。优选的，所述步骤C中，表面原位生长碳层的TiO2纳米复合颗粒的表面碳层厚度为2～20nm。综上所述，由于采用了上述制备方法，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法具备操作简单、设备要求低、重复性和成功率高的技术特点，且所用原材料环保，制备过程安全且无污染，制备的光触媒产品对紫外光的限制小，应用范围广，适于大规模生产使用。同时，本专利技术基于以上基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法，还公开了一种环保型紫外光响应纳米光触媒，具体的，该环保型紫外光响应纳米光触媒采用上述的基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法制备而成。本专利技术的环保型紫外光响应纳米光触媒，通过将煅烧法制备的TiO2材料与果糖、表面活性剂置于恒温水浴加热接枝，并在300℃～400℃条件下碳化，果糖可在二氧化钛表面原位生长，形成灰色的复合碳层结构，当有紫外光照射在光触媒颗粒表面时，表面灰色的碳层的存在能加大二氧化钛对外界光的吸附(增大吸光度)，大大提高紫外线的利用率，从而能大幅度提升其光催化效果，响应好，耐候性佳。且表面碳层经过退火处理，具有优异的物理化学性质，能够在极端条件下保持稳定，扩展了光触媒耐酸碱性(耐酸碱范围pH3-pH11)，光触媒不易在强酸碱条件下失活,PH应用范围广。同时，表面碳层具有吸附协同作用，能够将空气中的废气吸附在颗粒表面，增大颗粒表面污染物浓度，从而增强其降解效果，起到吸附-降解双作用。附图说明图1为具体实施例1中制备的TiO2@C光触媒的TEM图；图2为具体实施例1中制备的TiO2@C光触媒的XRD图；图3为具体实施例1中制备的TiO2@C光触媒的TG图。图4为具体实施例2中制备的TiO2@C光触媒的TEM图；图5是具体实施例3中制备的TiO2@C光触媒的TEM图。图6是具体实施例4中制备的TiO2@C光触媒的TEM图；其中，附图中的TiO2线段表示不同实施例中白色TiO2纳米粉末相关数据曲线；附图中的TiO2@C线段表示不同实施例中TiO2@C光触媒相关数据曲线；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术提供一种基于原位裂解技术的纳米TiO2@C光触媒的制备方法,该制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于原位裂解技术的纳米光触媒的制备方法,其特征在于，该制备方法包括以下步骤：/nA、制备或获取钛源，得原料；/nB、将原料、果糖及表面活性剂混合，在恒温下搅拌进行反应1～5天，反应完成后离心处理，得表面接枝改性的白色TiO

【技术特征摘要】
1.基于原位裂解技术的纳米光触媒的制备方法,其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
A、制备或获取钛源，得原料；
B、将原料、果糖及表面活性剂混合，在恒温下搅拌进行反应1～5天，反应完成后离心处理，得表面接枝改性的白色TiO2沉淀，将白色TiO2沉淀进行洗涤和干燥，即得接枝有机官能团的白色纳米TiO2粉末；
C、将步骤B的纳米TiO2粉末置于惰性气氛热处理设备中，并将惰性气氛热处理设备内部升温至350～400℃，保持炉内温度1～5min进行退火，纳米TiO2粉末表面有机官能团受热裂解，并催化形成表面原位生长碳层的TiO2纳米复合颗粒，即得灰色所述纳米TiO2@C光触媒。


2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，所述步骤A中，钛源的制备可采用氢氧化钛为原材料，利用煅烧法煅烧原材料，制得所述钛源。


3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于，所述煅烧法煅烧原材料的煅烧温度为350～500℃。


4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，所述步骤B中...

【专利技术属性】
技术研发人员：简贤，郭阳，杨阳，
申请(专利权)人：四川微纳之光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51