弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法，该方法将钛酸正丁酯的醋酸溶液和非离子型模板剂的乙醇溶液混合搅拌制成钛溶胶；将搅拌后的钛溶胶于８０～２００℃水热１２～１４８小时，水热后的产物烘干得到凝胶状固体，再将烘干后的固体于３００～７５０℃煅烧２～１０小时，即得到介孔二氧化钛光催化剂。该方法制备过程简单，对设备和环境破坏较小，所制得的介孔二氧化钛光催化剂孔径分布均匀、比表面积较大、平均孔径较大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂的
，特别涉及一种弱酸条件下水热法制备介 孔二氧化钛光催化剂的方法。
技术介绍
介孔材料是上世纪90年代以来发展起来的新型多功能材料，具有孔道成形 良好，孔径均一，孔径尺寸在一定范围内可以调控以及具有较大的比表面积等 诸多优点。同时二氧化钛具有优良的光电性能和光催化性能。介孔二氧化钛光 催化剂兼具了介孔材料和二氧化钛的特点和优势，因此关于介孔二氧化钛的研 究也已经成为一个世界性的研究热点。在制备介孔二氧化钛的众多方法中，无 论是前驱物的溶胶-凝胶反应，还是模板剂的自组装都是一个系统熵减少的过 程，反应若想顺利进行则需要从外界汲取能量，常用的方法是通过在一定温度 下陈化来达到这一目的，但陈化时间通常需要数天。水热法正是为了克服上述 缺陷而开发的新方法。水热法被认为是一种非常可靠的合成二氧化钛光催化剂 的方法，并且相对于普通的溶胶-凝胶法而言，由于它可提供一个高能量场的 反应环境，可以极大地縮短反应时间，并可有效改善所制备材料的物化性能。在介孔Ti02的制备过程中，抑制有机或无机钛源的过快水解是制备的一个 重要环节。通常，既要通过加入乙酰丙酮、异丙醇等试剂来抑制钛源的过快水 解，还需要用HC1、 HN03等强酸作为酸催化剂，来合成具有介孔结构的Ti02。 这种合成方法所用的有机试剂种类和量都较大，因此在合成过程中造成很大的 试剂浪费，而且事后还需要通过加热晶化方式来除去介孔材料中的各种添加的 有机物得到活性Ti02。而且合成实验中的所用到的强酸对环境及实验设备有较 大的污染和腐蚀作用；并且在HC1或HN03等无机酸介质中，钛凝胶的形成速 度快，不易控制，形成产物Ti02粒径较大，因而会导致光催化剂活性的下降。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种弱酸条件下水 热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现 一种弱酸环境下水热法制备介孔二 氧化钛光催化剂的方法，包括如下步骤(1) 将1 20克钛酸正丁酯加入到6 120毫升醋酸溶液中，搅拌2 24 小时，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液；将0.005 1.5克非离子型模板剂加入到 10毫升乙醇溶液中，搅拌至溶解，得到非离子型模板剂的乙醇溶液，将上述 两种溶液混合搅拌制成钛溶胶。(2) 将钛溶胶于80 20(TC水热12 148小时，水热后的产物烘干得到 凝胶状固体，再将烘干后的固体于300 75(TC煅烧2 10小时，即可得到介 孔二氧化钛光催化剂。为了更好地实现本专利技术，所述醋酸溶液的体积百分数为5% 80%。 所述非离子型模板剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)、聚氧乙烯 (PEG)或聚乙烯基吡咯垸酮(PVP)。特别优选，所述聚氧乙烯(PEG)的分子量为200 20000;聚乙烯基吡 咯垸酮的分子量为3000 2000000。所述介孔二氧化钛光催化剂的平均孔径为8.4 16.0 nm。 本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果本专利技术反应在弱酸 环境中进行，在醋酸介质中反应条件温和，钛酸丁酯水解速度慢，反应条件容 易控制。在体系中生成了多聚物，形成稳定均质的凝胶，可以提供一个更温和 反应环境，更有利于钛凝胶在模板剂的牵引下形成介孔结构的二氧化钛。而且 将前人制备Ti02光催化剂水解过程中的水解抑制剂(乙酰丙酮、异丙醇等) 和强酸催化剂(HC1、 HN03等)合二为一，用醋酸在反应中不仅作为水解抑 制剂同时也起到了酸催化剂的作用，从而减少了制备所需实验试剂的种类和用 量，用弱酸醋酸来代替以上多种试剂，减少了试剂种类和用量，制备工艺过程 简单，而且醋酸溶液对环境和设备破坏较小，符合当今提倡绿色环保的要求。附图说明图1是本专利技术制备的介孔二氧化钛光催化剂的TEM谱图。 图2是45(TC煅烧制得介孔二氧化钛光催化剂的DMP暗吸附、光解和光催化降解动力学曲线。图3是不同煅烧温度制得介孔二氧化钛光催化剂的DMP光催化降解动力 学曲线。图4是不同煅烧温度制得介孔二氧化钛光催化剂的XRD图谱。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方 式不限于此。 实施例l(1)取20g钛酸正丁酯，滴加到120mL剧烈搅拌的醋酸溶液中，醋酸溶液 的体积百分数分别为20%，继续搅拌4h，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液。将1.5g P123溶于10mL无水乙醇中，搅拌至其完全溶解，得到非离子型模板剂的乙醇 溶液。随后将溶有P123的乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入到钛酸正丁酯的醋酸 溶液中，滴加完毕后，继续搅拌24h，制得钛溶胶。(2 )将搅拌后的钛溶胶转移至聚四氟乙烯瓶中，12(TC水热24h，水热后 的产物在烘箱中8(TC烘干得到黄色凝胶状固体，再将烘干后的固体在马弗炉中 30(TC煅烧4h，即得到介孔二氧化钛光催化剂。所制备的介孔二氧化钛光催化 剂的结构参数见表l。实施例2(1) 取20g钛酸正丁酯，滴加到120mL剧烈搅拌的醋酸溶液中，醋酸溶液 的体积百分数分别为20%，继续搅拌4h，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液。将1.5g P123溶于10mL无水乙醇中，搅拌至其完全溶解，得到非离子型模板剂的乙醇 溶液。随后将溶有P123的乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入到钛酸正丁酯的醋酸 溶液中，滴加完毕后，继续搅拌24h，制得钛溶胶。(2) 将搅拌后的钛溶胶转移至聚四氟乙烯瓶中，12(TC水热24h，水热后 的产物在烘箱中8(TC烘干得到黄色凝胶状固体，再将烘干后的固体在马弗炉中 45(TC煅烧4h，即得到介孔二氧化钛光催化剂。所制备的介孔二氧化钛光催化 剂的结构参数见表l。实施例3以P123为模板剂制备介孔二氧化钛(1)取20g钛酸正丁酯，滴加到120mL剧烈搅拌的醋酸溶液中，醋酸溶液 的体积百分数分别为20%，继续搅拌4h，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液。将1.5g P123溶于10mL无水乙醇中，搅拌至其完全溶解，得到非离子型模板剂的乙醇 溶液。随后将溶有P123的乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入到钛酸正丁酯的醋酸 溶液中，滴加完毕后，继续搅拌24h，制得钛溶胶。(2 )将搅拌后的钛溶胶转移至聚四氟乙烯瓶中，120'C水热24h，水热后 的产物在烘箱中8(TC烘干得到黄色凝胶状固体，再将烘干后的固体在马弗炉中 60(TC煅烧4h，即得到介孔二氧化钛光催化剂。所制备的介孔二氧化钛光催化 剂的结构参数见表l。图1为所制备的介孔二氧化钛光催化剂的TEM谱图。实施例4(1)取15g钛酸正丁酯，滴加到80mL剧烈搅拌的醋酸溶液中，醋酸溶液 的体积百分数分别为10%，继续搅拌2h，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液。将1.2g 分子量为200的PEG(分子量为200的PEG表示为PEG200，其他类似)溶于10mL 无水乙醇中，搅拌至其完全溶解，得到非离子型模板剂的乙醇溶液。随后将溶 有PEG200的乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入到钛酸正丁酯的醋酸溶液中，滴 加完毕后，继续搅拌24h，制得钛溶胶。(2 )将搅拌后的钛溶胶转移至聚四氟乙烯瓶中，120。C水热24h，水热后 的产物在烘箱中8(TC烘干得到黄色凝胶状固体，再将烘干后的固体在马弗炉中 35(TC煅烧8h，即得到介孔二氧化钛光催化剂。所制备的介孔二氧化钛光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：（１）将１～２０克钛酸正丁酯加入到６～１２０毫升醋酸溶液中，搅拌２～２４小时，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液；将０．００５～１．５克非离子型模板剂加入到１０毫升乙 醇溶液中，搅拌至溶解，得到非离子型模板剂的乙醇溶液，将上述两种溶液混合搅拌制成钛溶胶；（２）将钛溶胶于８０～２００℃水热１２～１４８小时，水热后的产物烘干得到凝胶状固体，再将烘干后的固体于３００～７５０℃煅烧２～１０小时，即可得到介 孔二氧化钛光催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安太成，刘冀锴，李桂英，曾祥英，傅家谟，盛国英，
申请(专利权)人：中国科学院广州地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]