[发明专利]一种制备微米级有序多孔氮杂氧化钛微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔光催化材料领域，特别涉及一种制备微米级有序多孔氮杂氧化钛微球的方法。

背景技术

锐钛型纳米二氧化钛经紫外光照射可以分解有毒化学品、烟雾残留物、恶臭化学品、脏物、刺激物、细菌等等为无毒、无污染的物质，当紫外(波长<388nm)照射时其价带中的电子被激发形成带负电的高活性电子，同时产生带正电的价带空穴，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。空穴和电子分别与表面的水和氧气反应产生高反应活性的羟基自由基和超氧离子自由基，这些自由基能有效地分解有毒化学品。因此，引起人们的极大兴趣，希望利用这种光催化特性解决日益加剧的地球环境污染问题。

锐钛型纳米二氧化钛只有在紫外光照射下才具有催化功能，而自然光中紫外光的含量太少，只占到达地面的太阳光辐射总量的4-6％，且随着时间变化明显，人工产生紫外光耗电量大、还需投入较高设备费，大面积紫外光照射的费用更高甚至难于实现。如果能扩展光催化剂的光谱利用范围，以太阳光作为光源，则可使设备投资和运行成本大大降低，使得在自然环境中去污等成为可能。为了实现这一宏大目标，很多学者开展了这一领域的研究工作。

Asahi(Science，2001，293(5528)：269)采用30％的N₂/Ar混合气体处理锐钛型纳米二氧化钛TiO₂薄膜或采用67％的NH₃/Ar混合气体处理锐钛型TiO₂纳米微粉4小时，分别制备了氮杂氧化钛TiO_2-xN_x纳米薄膜和纳米微粉。这种纳米材料在可见光即波长<500nm的光照射下使乙醛等分解为二氧化碳和水。但是该方法反应时间长，并且还需要氩气，因而成本太高。

刘长生，马志斌(ZL03119056.1)等采用等离子体法制备了纳米氮杂氧化钛粉体和薄膜材料，明显提高了紫外光催化能力，在可见光即波长<500nm的光照射下，含0.5克纳米氮杂氧化钛的10毫升1％的甲基橙溶液，经太阳光照射下30—50min，其颜色退至无色。此外，二氧化钛光催化剂应用于实际污染物治理，虽已取得了一定的成效，但是在利用纳米粉悬浮体系进行光催化时，由于其颗粒细微，不易沉淀，催化剂难以回收，活性成分损失大，不利于催化剂的再生与再利用。因此，要实现光催化技术的大规模应用，就必须解决光催化剂纳米分散所带来的负面影响。设计具有特殊结构的催化剂不但可以解决催化剂分离回收的问题，还可以克服粉末催化剂稳定性差和容易中毒的缺点，利于提高催化剂的催化效率。

与此同时，上世纪90年代末，Velev(Nature，1997，389：447～448)等用胶体晶体模板法成功地制备了三维有序大孔(3DOM)材料，使大孔材料的研究进入了一个新阶段。这种孔径分布窄，孔道排列整齐有序，孔道内部互穿的三维有序多孔材料使制备具有特殊结构的光催化材料成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备微米级有序多孔氮杂氧化钛微球的方法，该方法工艺简单，所制备的微米级有序多孔氮杂氧化钛微球具有有序多孔及可见光催化性能，且多孔结构不易遭破坏。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种制备微米级有序多孔氮杂氧化钛微球的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)将质量分数为1.0％～5.0％的单分散聚合物微球乳液分散于黏度为50～1000cst的疏水硅油中形成悬浮液，其中质量分数为1.0％～5.0％的单分散聚合物微球乳液与黏度为50～1000cst的疏水硅油的质量比为2.5～3.5g：60～70g，并控制搅拌速度为300～600rpm，先于60℃下恒温搅拌6h，而后升温至80℃继续搅拌12h，随着悬浮液中水分不断挥发，单分散聚合物微球聚集在一起形成大微球，得到含有大微球的悬浮液；用目数为350目的筛网过滤含有大微球的悬浮液即得粒径为50μm～200μm的由单分散聚合物微球聚集形成的大微球；

2)分别用正己烷、异丙醇和乙醇洗涤大微球，以除去其表面残留的疏水硅油，经真空50℃干燥12h后，用二氧化钛前驱体溶液浸泡大微球7天，之后用350目筛网过滤，将过滤所得大微球与二氧化钛前驱体的复合物置于空气中48h，使钛的醇盐充分水解，而后于60℃真空烘箱中干燥12h，再于500℃下烧结5h，除去复合物中的单分散聚合物微球，即得微米级有序多孔二氧化钛微球；所述的二氧化钛前驱体溶液由钛的醇盐与无水乙醇混合而成，钛的醇盐与无水乙醇的摩尔比为3∶4；