多孔TiO2纳米光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔TiO2光催化纳米材料的制备方法，属于材料合成和光催化技术领域。本发明专利技术以四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂，钛酸正丁酯（TBOT）为钛源，水为溶剂，采用简单的水热合成方法，即得具有多孔特征的小粒径的TiO2纳米材料。其中，原料的钛源也可为硫酸钛（Ti(SO4)2）、四氟化钛（TiF4）等，均可得到形貌均一的TiO2纳米材料，不同在于其粒径和多孔性有所差异。光催化试验结果表明，该法制备的多孔TiO2纳米材料具有优异的光催化性能，可有效解决环境污染等问题，且在能源及生物医学等领域也具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔TiO2光催化纳米材料的制备方法，属于材料合成和光催化

技术介绍
光催化在环境保护与治理上的应用研究开始于20世纪70年代。自1972年Fujishima和Honda发现在紫外光照射下TiO2可以光催化分解水，引起了国内外研究人员对半导体光催化性能的极大关注。特别是近年来，随着人们环保意识的增强以及能源短缺问题的日益尖锐，借助半导体的光催化作用，进行有害有毒污染物的光催化降解及光催化合成更为人们所青睐。 在众多的光催化材料中，TiO2由于具有强氧化能力、化学性能稳定和价格低廉等优点，因此被认为是最具有实用前景的光催化剂。与常规材料相比，纳米TiO2具有比表面积大、光吸收性好、表面活性大、分散性好等独特的优势，同时还具有光化学稳定，催化效率高、氧化能力强、无毒等特点，在环保、催化剂、涂料等领域应用广泛。目前，人们已经采用各种方法来制备具有不同形貌和结构的TiO2纳米材料，主要有气相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。其中，气相法对反应条件要求较高，不易控制，成本较高；溶胶-凝胶法合成时受环境影响较大，且产物孔壁结晶度相对较差；共沉淀法中沉淀洗涤困难，产品中易引入杂质；而水热法操作简单，反应条件温和，成本低廉，得到的产品结构也较稳定，被证明是一种比较有效的方法。随着纳米科技和合成技术的发展，尽管在材料的制备方面已经取得了很大的进步，但各种形态的TiO2纳米材料，其结构和光催化活性依然参差不齐。因而找到一种简单易行的方法合成出具有优异光催化活性的TiO2纳米材料仍然是一个巨大的挑战。鉴于此，本专利技术采用水热法，以水为溶剂，在四丙基氢氧化铵(TPAOH)的结构导向作用下，制备出具有多孔特征的TiO2纳米材料。本专利技术方法具有操作简单，反应条件温和，原料易得，反应过程中未添加有机溶剂等优点。通过此方法制备的多孔TiO2纳米材料形貌均一，结晶良好。此外，光催化实验结果表明，所得到的材料具有优异的光催化性能，有广阔的工业应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多孔TiO2纳米材料的制备方法，本方法可以得到形貌均一，小粒径的多孔TiO2纳米材料，且该材料具有优良的光催化性能。本专利技术采用以下技术方案达到上述目的，现详细说明本专利技术的技术方案。具体操作步骤如下 a.用电子天平称取5mmol钛酸正丁酯(TB0T)，或其它钛源TiF4、Ti (SO4)2，将其逐滴加A 40 ml去离子水中混匀，常温下搅拌I h ； b.用电子天平按摩尔比TPAOH=TBOT = (0. 1-0. 3) :I称取一定量的四丙基氢氧化铵(TPAOH)加入到上述溶液中，然后将其放入60-80 °〇水浴锅中，磁力搅拌3-6 h ；C.将上述混合溶液倒入100 ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应爸中，在140-200°c条件下反应36-96 h ； d.反应完成后，将产物从反应釜中取出，经常规的离心、洗涤、烘干、焙烧等步骤，即得本专利技术制备的多孔TiO2纳米材料。 本专利技术的工艺过程中，以钛酸正丁酯(TBOT)为钛源，水为溶剂，在模板剂四丙基氢氧化铵(TPAOH)的结构导向作用下，通过简单的水热过程，从而制备出具有多孔特征的形貌均匀的TiO2纳米材料。与现有技术相比，本专利技术技术具有以下显著优点 本专利技术方法工艺简单，条件温和，成本低廉，工艺过程未使用有机溶剂，对环境友好；制得的多孔TiO2纳米材料结晶良好，光催化性能优异，可用于环境污染的预防与治理。 附图说明图I为本专利技术实施例I中所得多孔TiO2纳米材料的XRD谱图。图2为本专利技术实施例I中所得多孔TiO2纳米材料的TEM照片。图3为本专利技术实施例I所得多孔TiO2纳米材料与无模板剂对比例的光催化性能比较图。具体实施例方式所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。实施例I 1.用电子天平称取5mmol钛酸正丁酯(TB0T)，将其逐滴加入40 ml的去离子水中混匀，常温下搅拌I h; 2.用电子天平称取Immol四丙基氢氧化铵(TPAOH)加入到上述溶液中，然后将其放A 80 1水浴锅中，磁力搅拌4 h ； 3.将上述混合溶液倒入100ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180°C条件下反应72 h ； 4.反应完成后，将产物从反应釜中取出，经常规的离心、洗涤、烘干、焙烧等步骤，即得本专利技术制备的多孔TiO2纳米材料。将所制得的样品进行物性表征，其部分结果如附图所示。所得材料为片状结构，其表面具有明显的多孔特征，且形貌均一，其粒径在50 nm左右。实施例2 实施过程除以下不同外，其他均与实施例I相同。用电子天平称取5 mmol四氟化钛(TiF4),将其逐滴加入40 ml的去离子水中混匀，常温下搅拌I h。所得结果与实施例I有较大差别，不同在于得到的TiO2为颗粒状结构，且粒径较小，其粒径在10 nm左右。实施例3 实施过程除以下不同外，其他均与实施例I相同。用电子天平称取I. 5 mmol四丙基氢氧化铵(TPAOH)加入到上述溶液中，然后将其放入80 1水浴锅中，磁力搅拌5 h； 将上述混合溶液倒入100 ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在140°C条件下反应 36 h0所得结果与实施例I基本相似，不同在于得到的TiO2纳米颗粒不均匀，有结块现象产生，此外，还混有一些小的类似纺锤状的纳米棒。对比例(不用模板剂) 1.用电子天平称取5mmol钛酸正丁酯(TBOT)逐滴加入40 ml的去离子水中混勻,然后将其放入80 1水浴锅中，磁力搅拌4 h； 2.将上述混合溶液倒入100ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180°C条件下 反应72 h ； 3.反应完成后，将产物从反应釜中取出，经常规的离心、洗涤、烘干、焙烧等步骤，即得无模板法制备的TiO2纳米粒子。实验结果表明，对比例所得TiO2纳米颗粒相比实施例I所得TiO2纳米颗粒粒径小，为大小均匀的无孔球状颗粒，其粒径在10 nm左右。材料的光催化性能测试 准确称量0.02 g的TiO2纳米材料加入50 ml甲基橙溶液(25 mg/1)中，超声分散30min ;所得悬浮液避光搅拌I h使材料达到吸附平衡；平衡后取出4 ml悬浮液于7 ml离心管中，将剩余悬浮液倒入50 ml石英管中，然后放入SGY-IB型光催化反应仪中，向反应液中不断通入空气使催化剂一直悬浮于整个体系中；开启500 W汞灯照射，每隔5 min取4 ml悬浮液于离心管中，总反应时间I h;反应结束，取出的各个样品离心分离，取上清液用紫外-可见分光光度计测其在465 nm左右的吸光度，从而反映各个降解时间段后剩余甲基橙的浓度，以此来反映本方法制得TiO2光催化剂降解甲基橙的效果。参见附图，图I为本专利技术实施例I所得多孔TiO2纳米材料的XRD谱图。XRD分析在日本RigaKu D/max-2550型X射线衍射仪上进行；采用CuKa衍射。从图I中可知，本专利技术所得多孔TiO2纳米材料具有典型的锐钛矿结构，与标准谱图(PDF No: 21-1272)相一致，未见其它杂峰，证明其为纯相的晶体结构。参见附图，图2为本专利技术实施例I所得多孔TiO2纳米材料的透射电镜(TEM)图片。TEM分析采用日本电子株式会社JSM-2010F型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔TiO2光催化纳米材料的制备方法，其特征在于具有以下的合成过程和步骤：？a.？用电子天平称取5？mmol钛酸正丁酯（TBOT），或其它钛源TiF4、Ti(SO4)2，将其逐滴加入40？ml去离子水中混匀，常温下搅拌1？h；b.？用电子天平按摩尔比TPAOH？：TBOT？=（0.1？0.3）：1称取一定量的四丙基氢氧化铵（TPAOH）加入到上述溶液中，然后将其放入60？80？℃水浴锅中，磁力搅拌3？6？h；c.？将上述混合溶液倒入100？ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在140？200℃条件下反应36？96？h；d.？反应完成后，将产物从反应釜中取出，经常规的离心、洗涤、烘干、焙烧等步骤，即得本专利技术制备的多孔TiO2纳米材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海娇，丁国际，张晶，谭英杰，周洪顺，焦正，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：