一种沉淀-自组装法制备壳核结构介孔量子氧化钛的方法技术

本发明专利技术公开了一种沉淀

【技术实现步骤摘要】
一种沉淀
‑
自组装法制备壳核结构介孔量子氧化钛的方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化材料的制备，具体介绍了一种沉淀
‑
自组装法制备壳核结构介孔量子氧化钛的方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，二氧化钛(TiO2)材料因其独特的电子光学特性，如强氧化能力、良好的带隙(3.2eV)、低成本、高化学惰性和光稳定性等受到了研究者的广泛关注。基于氧化钛已经开发针对多种环境用途的材料，例如太阳能电池、光催化，以及气体传感。人们在设计和制造TiO2的各种纳米结构以提高其性能方面付出了巨大的努力，包括氧化钛膜、纳米棒、空心微球、球形颗粒、纳米管等结构。在这些材料中，介孔钛被认为是一种理想和有前景的空气净化和水净化材料，氧化钛光催化材料其污染物降解性能高度依赖于纳米结构、晶体结构、表面状态、结晶度以及比表面积。这些优点不仅为分子在孔结构中的扩散提供了规律的排列路径，而且在孔壁上提供了大量与客体分子相互作用的活性位点。实际上分级多孔结构在自然界中广泛存在，例如人体的肺，硅藻、珊瑚等，这些结构都加快了气液在材料中的传输。制作多孔光催化材料常用的方法包括软模板、硬模板、聚合物/硅凝胶法，此类方法往往需要复杂的步骤，强酸腐蚀，高温碳化，以及过多的有机溶剂加入，严重阻碍介孔材料工程化。利用多孔骨架制作具有壳核结构的介孔光催化材料是一种简单高效的方法，一方面可以有效省去模板剂的使用，简化合成步骤，另一方面，多孔骨架往往具有更大的比表面积，可以充分发挥其在气体吸附、水体吸附、重金属吸附方面的优势。多孔骨架材料例如介孔硅、介孔碳、MOF材料、三维石墨烯、沸石粉、凹凸棒等，此类材料具有丰富的有序介孔结构，将钛源前驱体溶液与多孔骨架材料混合，钛源充分进入多孔材料，钛源水解并在孔道结构中原位生长，最终制备基于多孔骨架结构的介孔光催化材料。
[0003]此外，利用偏钛酸沉降法制备氧化钛光催化剂是最经济、环保、低能耗的方法，其副产物为硫酸可作为重要工业原料售卖。专利(申请号：201610829671.8)公开了一种二氧化钛的制备方法，具体涉及一种工业偏钛酸制备高纯超细二氧化钛的方法。本专利技术利用水解偏钛酸粒子中杂质离子赋存形式及偏钛酸本身的组成和结构特性，通过分散、洗涤、熟化和煅烧等，直接制备高纯超细二氧化钛，可增加二氧化钛新品种和实现产品应用的功能化，具有广阔的应用前景。专利(申请号：201410272084.4)公开了一种比表面高于350m2/g的脱硝钛白粉的制备方法，在搅拌偏钛酸浆料的状钛下加入碳酸氢铵，将浆料的pH值调为6.0～6.5；继续搅拌加入氨水将浆料的pH值调为7.0～7.5；将通过上述步骤得到的浆料压榨脱去吸附水，脱水处理至使物料中的固含量控制在60％以上；将通过上述步骤得到的物料进行烘干，烘干温度为105℃～150℃；以及将烘干后的物料冷却、粉碎后得到高比表面脱硝钛白粉成品。
[0004]综上，采用偏钛酸为钛源，多孔材料作为骨架制备介孔光催化材料具有成本低、方法简单，绿色环保等特点，产品适合在印染废水处理、空气净化、抗菌防臭、自清洁、防紫外等领域得到广泛地应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，包括如下步骤：
[0006](1)以偏钛酸为钛源，将硫酸与偏钛酸混合反应制得硫酸氧钛溶液：
[0007]H2TiO3+H2SO4
→
TiOSO4+2H2O
[0008]然后加入多孔材料制得混合液，利用多孔材料表面亲水性能，硫酸氧钛溶液快速扩散到多孔材料孔隙中，得到硫酸氧钛包覆的多孔材料：
[0009]TiOSO4+多孔材料
→
硫酸氧钛复合多孔材料；
[0010](2)继续添加碱性物质并，多孔材料表面的硫酸氧钛与碱性物通过沉淀
‑
自组装过程生成氢氧化钛壳
‑
多孔材料核的沉淀产物：
[0011]TiOSO4+碱
→
TiO(OH)2
↓
+硫酸盐
[0012]TiO〖(OH)〗_2
□
(
→┴
Δ)TiO_2+H_2O；
[0013](3)继续进行固液分离、洗、干燥，将沉淀产物进行高温煅烧得到多孔核
‑
介孔量子氧化钛壳的壳核结构光催化粉体。
[0014]优选的，步骤(2)中沉淀
‑
自组装过程具体内容为：碱性物质扩散至多孔材料孔隙中，与硫酸氧钛反应生成氢氧化钛，氢氧化钛受高温退火作用，由多孔材料内部自发向外蔓延生长，受孔内局部高压高温扩散气体影响，在孔隙中生长出介孔量子氧化钛，气体继续扩散至多孔材料表层，致使氢氧化钛自组装并生成介孔量子氧化钛壳，最终介孔量子氧化钛自内而外包裹多孔材料。
[0015]优选的，步骤(1)中，偏钛酸质量分数40％
‑
50％，相对分子质量97.92，浓硫酸密度1.84g/mL,相对分子质量为98。根据权利要求1所述的一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(2)中偏钛酸与硫酸的摩尔质量比1：1
‑
10；
[0016]优选的，步骤(1)中偏钛酸与硫酸混合时间为0.1
‑
24小时。
[0017]优选的，步骤(1)中硫酸氧钛与多孔材料质量比1：1
‑
1000。
[0018]优选的，步骤(1)中硫酸氧钛与多孔材料混合时间为0.1
‑
24小时。
[0019]优选的，步骤(1)中硫酸氧钛扩散在孔隙深度的为1
‑
2um。
[0020]优选的，步骤(1)中硫酸氧钛在多孔材料中扩散温度为80
‑
400℃，硫酸氧钛在多孔材料中扩散时升温速度为2
‑
10℃/min；硫酸氧钛在多孔材料中扩散过程压强为0
‑
30bar。
[0021]优选的，步骤(2)中碱性材料与硫酸氧钛质量比1：1
‑
1：10；硫酸氧钛与碱性材料混合时间为0.1
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24小时；所述碱性物质包括：氨水、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化锌、氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化镁、氢氧化钴、氢氧化金、氢氧化铝、氢氧化铜、氢氧化铍，以及以上至少两种的组合。
[0022]优选的，所述的多孔材料包括：沸石粉、分子筛、活性炭、多孔氧化铝、介孔氧化硅、介孔碳、介孔硅、炭黑、凹凸棒、膨润土、硅藻土、三维石墨烯、金属有机物框架材料、共价有机框架材料、二维的金属碳化物或氮化物，以及以上至少两种多孔材料组成的混合物；多孔材料孔径为2
‑
20nm；多孔材料表面亲水性的接触角不大于30
°
；多孔材料比表面积不小于150m2/g，孔容不小于0.1cm3/g。
[0023]优选的，步骤(2)中沉淀<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以偏钛酸为钛源，将硫酸与偏钛酸混合反应制得硫酸氧钛溶液：H2TiO3+H2SO4→
TiOSO4+2H2O然后加入多孔材料制得混合液，利用多孔材料表面亲水性能，硫酸氧钛溶液快速扩散到多孔材料孔隙中，得到硫酸氧钛包覆的多孔材料：TiOSO4+多孔材料
→
硫酸氧钛复合多孔材料；(2)继续添加碱性物质并，多孔材料表面的硫酸氧钛与碱性物通过沉淀
‑
自组装过程生成氢氧化钛壳
‑
多孔材料核的沉淀产物：TiOSO4+碱
→
TiO(OH)2↓
+硫酸盐(3)继续进行固液分离、洗、干燥，将沉淀产物进行高温煅烧得到多孔核
‑
介孔量子氧化钛壳的壳核结构光催化粉体。2.根据权利要求1所述的一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(2)中沉淀
‑
自组装过程具体内容为：碱性物质扩散至多孔材料孔隙中，与硫酸氧钛反应生成氢氧化钛，氢氧化钛受高温退火作用，由多孔材料内部自发向外蔓延生长，受孔内局部高压高温扩散气体影响，在孔隙中生长出介孔量子氧化钛，气体继续扩散至多孔材料表层，致使氢氧化钛自组装并生成介孔量子氧化钛壳，最终介孔量子氧化钛自内而外包裹多孔材料。3.根据权利要求1所述的一种沉淀
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自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(1)中，偏钛酸质量分数40％
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50％，相对分子质量97.92，浓硫酸密度1.84g/mL,相对分子质量为98。根据权利要求1所述的一种沉淀
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自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(2)中偏钛酸与硫酸的摩尔质量比1：1
‑
10。4.根据权利要求1所述的一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(1)中偏钛酸与硫酸混合时间为0.1
‑
24小时。5.根据权利要求1所述的一种沉淀
‑
自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(1)中硫酸氧钛与多孔材料质量比1：1
‑
1000。6.根据权利要求1所述的一种沉淀
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自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(1)中硫酸氧钛与多孔材料混合时间为0.1
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24小时。7.根据权利要求1所述的一种沉淀
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自组装法制备介孔量子氧化钛的方法，其特征在于，步骤(1)中硫酸氧钛扩散在孔隙深度的为1
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2um。8.根据权利要求1所述的一种沉淀

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，冯光，胡梦云，
申请(专利权)人：华东师范大学重庆研究院华东师范大学上海朗研光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：