纳米核壳结构TiO制造技术

本发明专利技术公开了纳米核壳结构TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法、材料及应用装置


[0001]本专利技术是关于复合材料技术，特别是关于一种纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法、材料及应用装置。

技术介绍

[0002]虽然水是地球上最为丰富的资源，但是可用淡水的短缺一直是发展和维持社会正常运行的一个关键瓶颈。为了能够解决这个问题，研究者已经开发出了脱盐和污水处理的工艺，从海水和污水中去除盐和污染物，以获得淡水。事实上，在实验海水淡化和污水净化的过程中，往往需要消耗额外的能源。作为一种丰富可再生又取之不尽的能源，太阳能可应用于各个水处理领域，包括光催化、光伏发电和太阳能光热转换等。其中，太阳能到热能的转换已经被证实在所有的太阳能收集技术中具有最高的能量富集效率。因此，通过吸收太阳光并将其转化为热量以产生水蒸汽，也被认为是目前最有效最简单的海水脱盐和污水净化技术之一。
[0003]界面式太阳能蒸发装置可以在宏观上将蒸发区域引入到空气
‑
水界面，在充足的光照下产生热能，使热能集中在表面处进行水蒸发，大大减少热损失。其中，能够将太阳能转换为热能的材料，被称为光热材料，主要包括金属、半导体、碳和聚合物。虽然单一光热材料本身都具有一定的光热性能，但仍存在各自的不足，如金属材料制作成本较高、环境相容性差；半导体材料导热系数高、易被氧化等等。因此，进一步研究并开发高效稳定、低成本以及环境友好的光热材料，对于太阳能水蒸发领域具有重要意义。
[0004]TiO2材料因易制备、性能好且成本低被广泛应用于光催化领域，但TiO2禁带宽度大，对太阳光的利用率低。为了拓宽光响应区域，研究者们通过元素掺杂、构造异质结、引入缺陷工程等手段对材料进行改性。其中，缺陷的引入可以使TiO2表面晶格结构紊乱、能带以及电子传递发生变化，从而拓宽了光响应区域，有效提升光热效果。但半导体的TiO2‑
X
材料对太阳光全光谱的吸收依然达不到最理想的效果。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法、材料及应用装置，通过优化设计复合材料的成型技术和材料的微观构型而获得具有纳米级多孔结构的复合材料，且复合材料中的半导体禁带宽度减小，材料整体光热性能提升。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：准备纳米TiO2，并与包含有果胶的水溶液混合为混合液，搅拌、水热反应得到反应液，反应液经抽滤、洗涤、烘干，得到果胶部分碳化的TiO2/果胶材料；步骤B：步骤A得到TiO2/果胶材料与硼氢化钠充分混合，在惰性气体气氛下升温、煅烧，
得到黑色固体粉末，洗涤、烘干，得到纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料，其中X取值为0≤X≤0.5。优选的，果胶为阿拉丁试剂公司购买，其中半乳糖醛酸(干基计)≥74.0％。X是基于组成的调节参数，黑色TiO2‑
X
中Ti的价态在区间[+3,+4]内：+3价的是非晶相，+4价的是稳定的白色二氧化钛。该复合材料得到的TiO2‑
X
是非晶混相材料，包含了Ti
3+
、Ti
4+
和一些[+3,+4]区间内中间价态的Ti，因此X的取值为[0,0.5]。
[0008]优选的，该制备方法可以包括如下步骤：
[0009]S1(本步骤为可选步骤，纳米TiO2可以预先准备)、将乙醇、钛酸四丁酯和氢氟酸混合搅拌，水热后离心烘干得到干燥的TiO2进行备用；S2、将S1步骤TiO2浸入果胶和去离子水的混合溶液中进行搅拌，其中纳米TiO2、果胶以及水的质量比为1:1:(50
‑
100)，200
‑
220℃下水热反应1.5
‑
2.5h后得到反应液；S3、将S2步骤反应液进行抽滤、洗涤、烘干(真空30
‑
60℃烘干12
‑
72h)，得到果胶部分碳化的TiO2/果胶材料；S4、将S3步骤果胶部分碳化的TiO2/果胶材料与硼氢化钠(TiO2/果胶材料与硼氢化钠按质量比1：(0.8
‑
1.2))进行研磨混合，在惰性气体气氛下升温(2
‑
10℃/min)、煅烧(550
‑
650℃煅烧2
‑
4h)，得到黑色固体粉末；S5、将S4步骤黑色固体粉末进行洗涤、烘干(真空30
‑
60℃烘干12
‑
72h)，得到纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料。优选的，在S1步骤中，合成TiO2采用的是浓度为95％
‑
100％的无水乙醇溶液。优选的，在S1步骤中，水热反应是180
‑
200℃反应2
‑
4h。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤A中：混合液中纳米TiO2以及水的质量比为1:(50
‑
100)、混合液中果胶以及水的质量比为1:(25
‑
100)。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，水为去离子水。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤A中搅拌的条件为：时间为30
‑
180min、速度为20
‑
80rpm。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤A中水热的条件为：200
‑
220℃反应1.5
‑
2.5h。优选的，步骤A中水热的条件为：220℃反应2h。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤A中烘干的条件为：真空30
‑
60℃烘干12
‑
72h。优选的，步骤A中烘干的条件为：真空60℃烘干12h。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤B中TiO2/果胶材料与硼氢化钠按质量比1：(0.8
‑
1.2)进行混合。优选的，步骤B中TiO2/果胶材料与硼氢化钠按质量比1：1进行混合。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤B中惰性气体气氛的惰性气体选自氩气、氦气、氮气。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤B中升温的速率为2
‑
10℃/min。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤B中煅烧是550
‑
650℃煅烧2
‑
4h。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，步骤B中洗涤是去离子水和无水乙醇分别洗涤3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A：准备纳米TiO2，并与包含有果胶的水溶液混合为混合液，搅拌、水热反应得到反应液，反应液经抽滤、洗涤、烘干，得到果胶部分碳化的TiO2/果胶材料；步骤B：步骤A得到TiO2/果胶材料与硼氢化钠充分混合，在惰性气体气氛下升温、煅烧，得到黑色固体粉末，洗涤、烘干，得到所述纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料，其中X的取值为0≤X≤0.5。2.如权利要求1所述的纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法，其特征在于，步骤A中：所述混合液中纳米TiO2以及水的质量比为1:(50
‑
100)、所述混合液中果胶以及水的质量比为1:(25
‑
100)。3.如权利要求2所述的纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法，其特征在于，所述水为去离子水。4.如权利要求1所述的纳米核壳结构TiO2‑
X
内嵌果胶碳材料的制备方法，其特征在于，步骤A中所述搅拌的条件为：时间为30
‑
180min、速度为20
‑
80rpm...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正颖，王伟铎，陈志刚，景欣欣，张瑞峰，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：