[发明专利]二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)，无毒无污染，可被紫外光激发杀菌消毒、降解环境中有机污染物和制备超亲水自清洁界面等，是光触媒等领域的核心物质。但TiO₂的能带宽度(Eg)为3.2eV(电子从价带Valence band激发到导带Conduction band需要的光能)，激发TiO₂电子以开启光触媒反应的前提是吸收超过3.2eV的光能，这使占太阳光能谱43％的可见光(380nm＜λ＜760nm)望而却步，而占太阳光能谱约5％的紫外光(λ＜380nm)才具有超过3.2eV的光能激发TiO₂电子并进行光触媒反应。人们发现经过氮(N)、硫(S)、铈(Ce)、银(Ag)、铂(Pt)、碳(C)、铁(Fe)等元素或氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氧化钨(WO₃)、氧化铝(Al₂O₃)等化合物掺杂后的二氧化钛也能被可见光激发而产生光触媒活性，这无疑大大拓宽了TiO₂的实用性。但从公开的文献和专利中发现，上述各种掺杂物或是进入TiO₂晶格、或是与TiO₂颗粒简单混合在一起、或是覆盖在TiO₂表面，而二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料的专利相对较少。

申请号为01109511.3的德古萨股份公司专利，在热解生产二氧化钛时，通过喷雾金属盐溶液气溶胶方式，仅对氧化锌、氧化铂、氧化镁和氧化铝掺杂二氧化钛的四种产品作了专利保护，但产品都不是二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料形式；申请号为200410099227.3上海杰事杰新材料股份有限公司的发明专利，公开了“二氧化钛/无机碳复合纳米中空微球及其制备方法和应用”；申请号为200510061719.7的浙江大学发明专利，利用常规湿化学法和高能量超声等，制备了一种壳核结构的二氧化钛包裹硫化物或硒化物的纳米复合半导体光催化剂；申请号为200510117598.3的财团法人工业技术研究院发明专利，在金属纳米粒子表面沉积二氧化钛；申请号为200710012315.8的大连大学发明专利，公开了“一种磁载二氧化钛光催化剂的制备方法”，在铁酸钴(CoFe₂O₄)磁性载体上包裹二氧化钛；申请号为200710017764.1的陕西科技大学发明专利，公开了“核壳型淀粉微球的合成方法”；申请号为200710027809.3的华南农业大学发明专利，利用钛酸正四丁酯和硝酸铈铵混合而成的溶胶，制备铈掺杂二氧化钛(Ce-TiO₂)并负载在硅胶上形成复合光催化剂，铈和二氧化钛简单混合在一起，并不是二氧化钛(壳)-掺杂物(核)的壳核结构形式；申请号为200710039531.1和200710173111.2的中国科学院上海硅酸盐研究所专利，分别公开了“核/壳结构的氧化锌/二氧化钛复合光催化剂、制备及应用”和“二氧化硅/二氧化钛空心微球的溶胶-凝胶法制备方法”；申请号为200810212079.9的晶锐瓷业(北京)有限公司发明专利，利用偏钛酸、含钨水溶液和氨水等制备了含钨二氧化钛粉体，但不是二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料形式；申请号为200810200192.5和200810200196.3的上海浩佳纳米科技有限公司发明专利，仅在“硫酸钡矿石、沉淀硫酸钡、高岭土或云母中的一种，粒径为200目～12500目”上沉积二氧化钛，而没涉及壳核式TiO₂的其它掺杂物；申请号为200810114788.3的中国铝业有限公司发明专利，公开了“氧化铝基/纳米二氧化钛-核/壳结构复合微球及其制备方法”；申请号为200810115333.3的内蒙古工业大学发明专利，在微硅粉表面包裹二氧化钛壳层；申请号为200910229191.8的天津大学发明专利，公开了“交流电沉积法制备氧化亚铜/二氧化钛核壳结构阵列薄膜的方法”；申请号为200910049772.3的东华大学，公开了“核/壳结构的聚苯乙烯/二氧化钛复合光催化剂的制备”；申请号为200910063398.2的孝感学院发明专利，公开了“一种纳米二氧化钛包覆纳米二氧化硅的制备方法”；申请号为200910087741.7的中国铝业股份有限公司发明专利，公开了“一种铁酸镍基磁载型二氧化钛光催化剂的制备方法”；201010117236.5和201010117273.6的长春理工大学发明专利，分别公开了“一种制备钛酸锌二氧化钛多晶纳米电缆的方法”和“一种钛酸镍二氧化钛多晶纳米电缆的制备方法”；申请号为201010117247.3的长春理工大学发明专利，公开了“一种制备二氧化锡二氧化钛纳米电缆的方法”；申请号为201010231365.7的黑龙江大学发明专利，公开了“壳核结构的碳-二氧化钛色谱固定相的制备方法及应用”；申请号为201010278619.0的天津大学发明专利，公开了“一种在二氧化钛纳米管中掺杂四氧化三铁磁性颗粒的方法”；申请号为201010519320.X的中国兵器工业第五二研究所发明专利，公开了“一种具有电磁耦合作用的Ni/TiO₂基电磁流变液及其制备方法”；另外，有些专利以其它物质为壳，对二氧化钛施行包裹，和本专利的“二氧化钛(壳)-掺杂物(核)复合材料”的壳核顺序正好相反，例如申请号为200610117441.5和200610117442.X的上海东升新材料有限公司专利等。