[发明专利]一种纳米多孔二氧化钛光催化材料的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种在常压下制备具有光催化性能的纳米二氧化钛块体材料的方法。

背景技术

具有多相光催化性能的半导体包括WO₃、TiO₂、CdS、ZnS、ZnO、Fe₂O₃、CdSe等。相比较而言，TiO₂来源丰富，价格低廉，其光电化学性能十分稳定，耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热反应在光照射的TiO₂微粒表面得以实现和加速，更重要的是TiO₂本身对人体和微生物无毒性，是理想的环保型光催化剂。

催化用TiO₂多为粉体或者薄膜。将TiO₂粉末与其它助剂混合后，均匀分散在水溶液中，通过调节气流量来保持其在溶液中的悬浮状态，这就是所谓的TiO₂悬浮体系。在早期的研究中，大都采用这种方法来去除水中的有机物，但是这样也存在一些缺点，因为悬浮液透光性差，使光辐射受到影响，而且也很容易造成TiO₂流失，同时还存在微纳米粉反应后分离回收困难等问题。或者将TiO2粉末通过偶联剂与载体粘合在一起，适用于热稳定性差而不能进行高温灼烧的载体。此法工艺简单，对载体性质要求不高，负载得较牢固，但因偶联剂多为有机物，故该法制得的光催化剂的催化活性不高，长期使用会产生裂痕，导致剥落。

为了提高催化剂与目标分子的碰撞几率，可以通过将负载的TiO₂光催化剂制成多孔状，增大比表面积，来达到提高其光催化活性的目的。对于薄膜型TiO₂光催化剂，纳米TiO₂固着性是一个重要的方面。可以将TiO₂粉体或者薄膜附着于某载体上，制作复合光催化剂，比如通过溶胶-凝胶方法将二氧化钛光催化剂负载在泡沫镍、多孔陶瓷或者金属表面。还可以利用热喷涂技术，制备多孔TiO₂光催化涂层。TiO₂的固定化解决了固一液分离的问题，然而负载后的TiO₂催化剂的活性普遍较低，其原因之一就是反应物与负载后催化剂的接触不够充分。但是使用溶胶-凝胶的方法制备多孔TiO₂时，煅烧过程中TiO₂的结构容易发生转变，为了维持锐钛矿型结构必须保持低温烧结，因此材料的强度很低，TiO₂颗粒容易脱落，造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种常压下经济方便地制备具有较高催化效率的纳米多孔二氧化钛块体材料的方法，具有工艺稳定，操作简单，便于回收、不致二次污染等优势。制备出锐钛矿型的纳米TiO₂块体光催化材料，可以承受一定的压力，可以对循环气体、水体进行催化，成本低、质量好。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种纳米多孔二氧化钛光催化材料的制备工艺，包括下述步骤：

(1)选择粒度D₅₀在17-20nm范围的锐钛矿型纳米二氧化钛作为原料；

(2)原料经过造粒后在70-90MPa压力下模压成型制成坯体；

(3)将模压后的坯体放入空气中加热烧结，烧结温度为700-850℃，保温15-25分钟后随炉冷却，得到多孔二氧化钛块体；

(4)通过测试，烧结后的二氧化钛块体的气孔率为15-70％、抗弯强度为3.2-24.6MPa、混晶相中锐钛矿含量为79-100％。

上述方法中，所述混晶相中锐钛矿含量通过以下公式计算：

X=1-IBIB+0.8IA*100%]]>

I_A：锐钛矿相2θ＝25.341的X-ray衍射峰的强度；

I_B：金红石相2θ＝27.479的X-ray衍射峰的强度。