[发明专利]一种金红石含量可控的介孔A-R混晶氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机多孔催化材料的制备技术领域，具体涉及一种金红石含量可控的介孔A(锐钛型氧化钛)-R(金红石型氧化钛)混晶氧化钛的制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染是21世纪人类面对的两大考验，人们根据植物的光合作用，设计出了一种“人造树叶”，它是一种体系，将温室气体CO₂作为原料，在太阳光的参与下，转换成CO或者燃烧值更高的CH₄或者CH₃OH，再经过人类活动转换为CO₂，如此循环往复，既能解决温室气体造成的环境问题又为人类提供了清洁能源。

光催化还原CO₂早在30年前Fujishima教授就开始尝试制备催化剂，经过30年的实验室对催化剂的研究发现，担载了贵金属Pd、Ru、Pt等的氧化钛催化剂对高燃烧值CH4的选择性最高。因此，开发一种担载稳定、光催化性能优异的氧化钛催化剂成了关键。

混晶结构的氧化钛由于其异质结结构，能将其光生电子和空穴分离，从而大大提高了光催化活性。专利03114831X能使用无机酸来调节纳米氧化钛的晶型以及混晶的比例，而受到人们的广泛关注，但是纳米结构的氧化钛担载稳定性差，活性组分易流失。柏杨等人在光催化制氢的实验中，发现纳米氧化钛担载Pt的流失率达到36％，介孔氧化钛担载Pt的流失只有7％，所以纳米氧化钛更加无法应用于光催化还原CO₂体系。

而介孔氧化钛，由于兼备高比表面积和孔结构的优点，作为活性组分载体担载稳定，一直受到人们关注，但是一般制备介孔氧化钛的过程中需要使用有机溶剂作为模板剂，因此过程非常的复杂，原材料很贵而且污染很严重，大大的阻碍介孔氧化钛的规模化制备。

本课题组以钛酸钾为原料，开发出了制备高比表面积介孔氧化钛的全新路线[专利03158274.5]，这种方法不同于传统的溶剂-凝胶法，并且具有原料便宜、无须任何模板剂或表面活性剂、生产成本低、过程简单和容易放大等优点。但是这个方法制备周期长，需要在600～1100℃下烧结，能耗大，影响了其应用前景，在这基础上，本课题组将反应置于湿气气氛中，从而缩短了反应时间[专利200710025816.X]；但是也存在需在湿气气氛中反应，对设备要求高、传质不均一等缺点。而且现有工艺不能通过调节酸浓度来调控介孔氧化钛晶型。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种金红石含量可控的介孔A(锐钛型氧化钛)-R(金红石型氧化钛)混晶氧化钛的制备方法。这种方法得到的产物是孔径为2～50nm，比表面为30～300m²/g，孔容为0.1～0.5cm³/g的金红石含量可控的介孔A-R混晶氧化钛，并且该法具备制备工艺简单与成本低廉，产物担载活性组分稳定等优点。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种金红石含量可控的介孔A-R混晶氧化钛的制备方法，将钠盐与含钛化合物混合后，于100～550℃下高温焙烧0.2～6小时，得到碱金属钛酸盐，然后使用不同浓度的酸溶液对碱金属钛酸盐进行清洗，最后进行脱水处理，获得孔径为2～50nm、比表面积为30～300m²/g、孔容为0.1～0.5cm³/g的金红石含量可控的介孔A-R混晶氧化钛；

其中通过调节清洗碱金属钛酸盐所采用的酸溶液的浓度对介孔A-R混晶氧化钛产物中金红石的含量进行调控：

当酸溶液中H⁺浓度大于10^-1mol/L时，金红石含量为100wt％；

当酸溶液中H⁺浓度小于10^-3mol/L时，金红石含量为0wt％；

当酸溶液中H⁺浓度在10^-3～10^-1mol/L时，金红石含量在0wt％-100wt％的范围内。

进一步的，当酸溶液中H⁺浓度在10^-3～10^-1mol/L时，金红石含量随H⁺浓度的提高而增加。

酸溶液对碱金属钛酸盐的清洗过程是指将碱金属钛酸盐浸泡在酸溶液中1～24小时。

本发明中的钠盐是指碳酸钠、氢氧化钠或硝酸钠的一种或多种。含钛物质为锐钛型二氧化钛、正钛酸、非晶态二氧化钛中的一种或者两种。