一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法。溶剂热条件下，在烷氧基类钛酸酯醇解过程中，利用低碳二元醇的还原性，采用次氯酸钠将醇羟基氧化为醛基，进一步氧化为羧基，吸附在新生成的二氧化钛纳米颗粒表面，赋予材料优良的水分散性。同时氧化产物氯离子进入二氧化钛晶格形成氯离子掺杂二氧化钛纳米材料，将二氧化钛的吸收光谱拓展至可见光区域，提高对太阳光的利用效率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法


[0001]本专利技术属于催化
，具体涉及一种用于光催化的可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化钛作为一种颇有前景的光催化剂，具有优异化学稳定性、高光透过率和折射率、无毒无害、来源丰富、成本低等特点，已经被广泛应用于污水处理、空气治理等领域。因其带隙较宽，只能对波长短、能量高的紫外光有响应，而紫外光只占太阳光的4～6%，极大地限制了其工业化应用。提高二氧化钛光催化剂对太阳光的利用效率，将吸收光谱拓展至可见光区域一直是研究的热点。通过在二氧化钛晶体中掺杂其他元素，使禁带中引入杂质能级和缺陷能级，可以减小电子激发所需的能量，实现二氧化钛光催化剂的光谱响应范围拓展到可见光区域。前期研究多集中在金属离子掺杂，但引入金属离子容易形成载流子复合中心，降低光催化效率，而且催化剂稳定性不高。后期研究集中在非金属原子的掺杂，研究发现氮、碳、硫、碘等非金属掺杂的二氧化钛均具有不同程度的可见光响应活性。
[0003]二氧化钛作为一种光催化剂，在污水处理、空气治理等实际应用场景下往往需要分散在水相体系中。然而由于二氧化钛不溶于水，且密度显著比水大，在水相中容易聚集形成沉淀，难以有效发挥光催化作用。通过对二氧化钛表面进行亲水改性提高其亲水性可以一定程度的提高二氧化钛的水分散性。专利CN101723445A以钛酸丁酯为钛源，浓盐酸作为溶剂，在醇解时引入聚乙二醇，使其在水热条件下晶化后因表面聚乙二醇的包裹而具有较好的水分散性。反应过程需要使用危化品浓盐酸，安全环保性欠佳。专利CN103980738A采用沉淀法得到纳米二氧化钛前躯体，转移至高压反应釜中水热反应后得到纳米二氧化钛母液，再加入水溶性丙烯酸酯单体和引发剂在二氧化钛表面聚合，得到聚丙烯酸酯包覆改性的纳米二氧化钛粉体。该方法涉及多个步骤，操作复杂，难以规模化生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法。
[0005]本专利技术目的通过下述方案实现：一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，以烷氧基类钛酸酯为钛源，低碳二元醇为溶剂，以次氯酸钠为氧化剂，在溶剂热条件下采用原位氧化法，制备了氯掺杂的具有可见光响应的水分散性二氧化钛纳米材料，包括如下步骤：（1）前驱体配制将一定体积烷氧基类钛酸酯滴加到一定体积低碳二元醇中，在30～40 ℃ 条件下搅拌1～2 h。待混合均匀，无白色沉淀物，再加入一定质量的次氯酸钠，继续搅拌1～2 h，制得透明淡黄色溶液。
[0006]（2）溶剂热反应
将步骤（1）制得的透明淡黄色溶液移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，填充度65～80%。 将反应釜放入烘箱中，140～180 ℃反应14～18 h，反应结束后冷却至室温。
[0007]（3）反应物处理将步骤（2）制得的反应产物分别用水和乙醇洗涤3次，10000 rpm转速下离心分离得到纳米二氧化钛湿粉，将湿粉放入烘箱内60～80 ℃烘干10～12 h得到干粉。干粉用玛瑙研钵研细，即得到可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料。
[0008]所述烷氧基类钛酸酯为钛酸正丁酯和钛酸四异丙酯中的一种。
[0009]所述低碳二元醇为乙二醇、1,3
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丙二醇和1,4
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丁二醇中的一种。
[0010]所述烷氧基类钛酸酯与低碳二元醇的体积比为2.5～5.0:100.0。
[0011]所述次氯酸钠与烷氧基类钛酸酯的物质摩尔比为0.5～1.0:1.0。
[0012]所述可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的制备方法，在溶剂热条件下，在烷氧基类钛酸酯醇解过程中，利用低碳二元醇的还原性，采用次氯酸钠将醇羟基氧化为醛基，进一步氧化为羧基，吸附在新生成的二氧化钛纳米颗粒表面，赋予材料优良的水分散性。同时氧化产物氯离子进入二氧化钛晶格形成氯离子掺杂二氧化钛纳米材料，将二氧化钛的吸收光谱拓展至可见光区域，提高对太阳光的利用效率。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、本专利技术的制备方法简单易行，步骤少，便于工业放大。不使用强酸类物质，安全环保。
[0014]2、本专利技术的制备方法一步制得具有可见光响应的优良水分散性二氧化钛纳米材料，提高了二氧化钛对太阳光的利用效率，同时便于后续在污水处理、空气治理等应用中制成水基稀释液产品，在日光照射条件下持续、稳定、高效发挥催化性能。
附图说明
[0015]图1为商业二氧化钛P25(赢创工业集团)与实施例1制得可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的紫外
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可见漫反射光谱对比图。
具体实施方式
[0016]下面根据具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本专利技术。
[0017]实施例1一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料，以烷氧基类钛酸酯为钛源，低碳二元醇为溶剂，以次氯酸钠为氧化剂，在溶剂热条件下采用原位氧化法，按如下步骤制备：（1）前驱体配制将0.325 ml钛酸四异丙酯滴加到13 ml的乙二醇中，在40℃ 条件下搅拌1h，待混合均匀，无白色沉淀物，再加入0.082 g的次氯酸钠，继续搅拌1h，制得透明淡黄色溶液；（2）溶剂热反应将步骤（1）制得的透明淡黄色溶液移至20 ml容积的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，填充度67%，将反应釜放入烘箱中，180 ℃反应14 h，反应结束后冷却至室温，得到反应产物；
（3）反应物处理将步骤（2）制得的反应产物分别用水和乙醇洗涤3次，10000 rpm转速下离心分离得到纳米二氧化钛湿粉，将湿粉放入烘箱内80℃烘干10 h得到干粉，干粉用玛瑙研钵研细，即得到可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料。
[0018]本实施例中钛酸四异丙酯与乙二醇的体积比为2.5:100.0，次氯酸钠与钛酸四异丙酯的物质摩尔比为1.0:1.0。
[0019]实施例2一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：（1）前驱体配制将0.5 ml钛酸四异丙酯滴加到14 ml的1,3
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丙二醇中，在30℃ 条件下搅拌2h，待混合均匀，无白色沉淀物，再加入0.063 g的次氯酸钠，继续搅拌2 h，制得透明淡黄色溶液；（2）溶剂热反应将步骤（1）制得的透明淡黄色溶液移至20 ml容积的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，填充度73%，将反应釜放入烘箱中，140℃反应18 h，反应结束后冷却至室温，得到反应产物；（3）反应物处理将步骤（2）制得的反应产物分别用水和乙醇洗涤3次，10000 rpm转速下离心分离得到纳米二氧化钛湿粉，将湿粉放入烘箱内60℃烘干12 h得到干粉，干粉用玛瑙研钵研细，即得到可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料。
[0020]本实施例中钛酸四异丙酯与1,3
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丙二醇的体积比为3.6:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，以烷氧基类钛酸酯为钛源，低碳二元醇为溶剂，以次氯酸钠为氧化剂，在溶剂热条件下采用原位氧化法，制备了氯掺杂的具有可见光响应的水分散性二氧化钛纳米材料，包括如下步骤：（1）前驱体配制将烷氧基类钛酸酯滴加到低碳二元醇中，所述烷氧基类钛酸酯与低碳二元醇的体积比为2.5～5.0:100.0；在30～40℃ 条件下搅拌1～2h，待混合均匀，无白色沉淀物，再加入次氯酸钠，所述次氯酸钠与烷氧基类钛酸酯的物质摩尔比为0.5～1.0:1.0，继续搅拌1～2 h，制得透明淡黄色溶液；（2）溶剂热反应将步骤（1）制得的透明淡黄色溶液移至聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，填充度65～80%，将反应釜放入烘箱中，140～180 ℃反应14～18 h，反应结束后冷却至室温，得到反应产物；（3）反应物处理将步骤（2）制得的反应产物分别用水和乙醇洗涤3次，10000 rpm转速下离心分离得到纳米二氧化钛湿粉，将湿粉放入烘箱内60～80℃烘干10～12 h得到干粉，干粉用玛瑙研钵研细，即得到可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，所述烷氧基类钛酸酯为钛酸正丁酯和钛酸四异丙酯中的一种。3.根据权利要求1所述的一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，所述低碳二元醇为乙二醇、1,3
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丙二醇和1,4
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丁二醇中的一种。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：（1）前驱体配制将0.325 ml钛酸四异丙酯滴加到13 ml的乙二醇中，即钛酸四异丙酯与乙二醇的体积比为2.5:100.0，在40℃ 条件下搅拌1h，待混合均匀，无白色沉淀物，再加入次氯酸钠，次氯酸钠与钛酸四异丙酯的物质摩尔比为1.0:1.0，继续搅拌1h，制得透明淡黄色溶液；（2）溶剂热反应将步骤（1）制得的透明淡黄色溶液移至20 ml容积的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，填充度67%，将反应釜放入烘箱中，180 ℃反应14 h，反应结束后冷却至室温，得到反应产物；（3）反应物处理将步骤（2）制得的反应产物分别用水和乙醇洗涤3次，10000 rpm转速下离心分离得到纳米二氧化钛湿粉，将湿粉放入烘箱内80℃烘干10 h得到干粉，干粉用玛瑙研钵研细，即得到可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料。5.根据权利要求1至3任一项所述的一种可见光响应水分散性二氧化钛纳米材料的简易制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：（1）前驱体配制将0.5 ml钛酸四异丙酯滴加到14 ml的1,3
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丙二醇中，使钛酸四异丙酯与1,3
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丙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，陈义军，林琳，陈超，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：