[发明专利]硅酸盐质孔材料组装纳米二氧化钛复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及硅酸盐质孔材料组装纳米 二氧化钛复合材料及其制备方法。

背景技术

纯TiO₂半导体的光响应范围较窄，半导体光生电子/空穴对的复合几 率较高，激发态价带空穴和导带电子极易失活，因此对有机污染物(如二 恶英类持久性有机污染物)的降解效果有限。TiO₂复合材料在一定程度上 可以提高TiO₂活性，然而粉状催化剂颗粒在制备时容易团聚，在应用中分 散性不好，与污染物不能充分接触。

20世纪90年代初，纳米材料科学中纳米颗粒/介孔固体的复合体系引 人注目。利用物理或化学的方法将纳米颗粒放入微/介孔固体的孔洞中构成 二者的组装体系，不但具有纳米微粒的许多特性，而且又产生了纳米微粒 和介孔固体本身所不具备的特殊性质。同时，也可望使人们按照自己的意 愿实现对某些性质的调制。这种组装体系与金属粒子/玻璃复合材料、颗粒 嵌镶膜、纳米复合材料等在结构上截然不同。由于介孔固体中的孔是开放 的、并互相连通，因此，组装体系不但存在异质纳米颗粒与孔壁之间的界 面，而且孔内颗粒还存在自由表面，并与环境介质(气氛或液相介质)相 接触，所以这种组装体系必然存在孔的限制作用、界面耦合作用、和由于 纳米颗粒表面的高度活性而对周围的气氛、液相、温度、相对湿度等环境 条件敏感(尤其是金属颗粒的组装体系)，从而使介孔构成了微孔反应器， 形成一系列独特的性能。

以微/介孔材料的纳米孔道为模板剂组装功能颗粒通常采用的方法有 离子交换法、化学沉积法、吸附客体法及水热合成法等，组装对象主要有 单质、硫化物、氧化物和复合纳米颗粒。Katovic将金属单质Al、Fe和Zn 组装到了孔结构中。结果发现，Al、Fe和Zn的存在改变了原介孔分子筛 的酸性，使其有可能应用于酸性、氧化性催化剂领域(Microporous and Mesoporous Materials，2001，44～45：275～281)，Li等人采用机械混合将SnO₂组装到了MCM-41介孔分子筛中。由于介孔分子筛孔道本身对颗粒的局限 作用，组装后的SnO₂颗粒在孔道中均匀分布，团聚现象明显减少，其比 表面积相应增大，促使其对气体的选择性和敏感性均有所提高，尤其是在 250～600℃对H₂的敏感度比纯SnO₂有了显著的提高(Sensors and Actuators 1999，B 59：1～8)。

目前也有关于纳米ZnFeO₄成功组装到介孔硅基体中的报道，但所制 得的产物其热稳定性都不太理想。Zhou等人成功地将ZnFeO₄组装到硅介 孔材料中，所得产物不仅具有所期待的良好的磁性能，而且在可见光波长 范围内表现出透明性(Materials Chemistry and Physics，2002，75：181～185)。 这些研究大多是采用M41S系列分子筛为组装主体，制备这类分子筛的原 料大多为有机物，成本较高，且产物易污染环境。

孔组装TiO₂会使TiO₂均匀分布在孔道中，与污染物充分接触，从而 有效地提高活性。另外由于介孔固体中的孔是开放的、并互相连通，因此， 组装体系不但存在异质纳米颗粒与孔壁之间的界面，而且孔内颗粒还存在 自由表面，并与环境介质(气氛或液相介质)相接触，所以这种组装体系 必然存在孔的限制作用、界面耦合作用、和由于纳米颗粒表面的高度活性 而对周围的气氛、液相、温度、相对湿度等环境条件敏感(尤其是金属颗 粒的组装体系)，从而使介孔构成了微孔反应器，形成一系列独特的性能。

但是，现有的孔组装TiO₂都是利用MCM41，必须通过一定的化学工 艺合成，比较费时。

发明内容

本发明的目的在于提供硅酸盐质孔材料组装纳米二氧化钛复合材料 及其制备方法，加工成本低，同时拓宽滑石矿的应用范围，生产高附加值 的产品；工艺简单，原料易得，条件较为宽松，不易污染环境；被组装的 二氧化钛晶粒得到很好的分散，晶粒尺寸得到控制，所制备的孔组装TiO2 复合材料的性能较组装前有较大提高。

本发明的技术方案是，硅酸盐质孔材料组装纳米二氧化钛复合材料， 其成分质量百分比为：