[发明专利]一种可见光响应改性纳米TiO2的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应改性纳米TiO₂的制备方法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

TiO₂以其无毒、价廉、结构和性能稳定等特点一直被科学家们认为是最有潜力的光催化材料，广泛应用于污水处理及空气净化等方面。TiO₂的带隙能为3.2eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光，这部分光的能量只占太阳光能量的4%左右；另外，纳米TiO₂的光生电子与光生空穴易于复合的特点，也是限制其应用的不利因素之一。纳米TiO₂光催化性能研究的重点一直集中于如何扩大其光响应范围及如何提高光生载流子的利用率方面。

目前，对于可见光响应改性纳米TiO₂的制备方法研究已经取得了部分进展，改性方法众多，可起到使二氧化钛带隙能降低，同时抑制光生载流子复合的作用。Sun Hye Hwang等以异丙醇氧化钛(TTIP)、SnCl₂、甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及二甲基甲酰胺(DMF)为原材料，用旋转电镀法合成了SnO₂/TiO₂光催化材料，500oC煅烧生成的SnO₂/TiO₂纳米纤维复合光催化材料，这种纤维结构可能提供了SnO₂与TiO₂之间更多的接触界面，光生电子与光生空穴能进行有效分离，从而达到提高其光催化效果的作用，Li Jingyi等在400oC煅烧的情况下制备了负载Au的TiO₂/膨润土光催化材料，在紫外光与可见光下对罗丹明B的降解效果均优于纯P25型光催化材料。在众多纳米TiO₂的改性方法中，元素掺杂被证明是改善TiO₂等半导体材料光催化性能的重要手段之一，金属、非金属元素或进入TiO₂的晶格或均匀分布在TiO₂的表面，起到了改变TiO₂电子结构、降低带隙能的作用。研究证明N及F元素的掺杂可以将纳米TiO₂的光响应范围扩大到可见光区域[Yan Lv, Zhengping Fu, Beifang Yang. Materials Research Bullutin, 2011, 46: 361-365]。

但是，目前制备改性纳米TiO₂的方法存在步骤繁琐、温度条件较高，工艺条件苛刻、制备成本高等问题。所以，设计简单的制备工艺以较低的温度制备改性纳米TiO₂光催化材料是当前亟待解决的问题之一。

发明内容

为了解决改性纳米TiO₂的制备方法所存在的需要较高温度条件的问题，本发明通过采用特殊的改性剂，提供了一种在低温条件下进行、且工艺步骤简单的可见光响应改性纳米TiO₂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

    一种可见光响应改性纳米TiO₂的制备方法，其步骤为：

   （1）混溶：将钛酸四丁酯、无水乙醇、乙二醇和改性剂混合、搅拌，得清液；

   （2）反应：用盐酸或硫酸溶液将清液的pH调至1-4；然后加热至190-230oC，恒温10小时以上，得产物；

   （3）提纯：将产物冷却、洗涤、蒸馏得淡黄色的粉末状固体物质，即为产品；

所述改性剂为尿素和/或氟化氨，改性剂与钛酸四丁酯的摩尔比为0.5-5：100；

所述乙二醇与钛酸四丁酯的体积比为1-5：10。

本发明的制备方法，以钛酸四丁酯为原料，以无水乙醇为有机溶剂，以乙二醇为分散剂，以尿素和/或氟化氨为改性剂，以盐酸或硫酸溶液为酸度调节剂，在190-230oC条件下恒温反应；采用一步加料，一步反应的合成方法制备可见光响应改性纳米TiO₂。本发明的可见光响应改性纳米TiO₂的制备方法，为了能够得到较好的光催化材料，应注意以下两个方面：1.除了酸度调节剂无机酸溶液中的水分以外，体系中不再加入其他水分，溶剂采用无水乙醇，以保证得到的光催化材料为纯锐钛矿相2.控制改性剂氟化氨与尿素的加入量，得到不同性能的可见光响应改性纳米TiO₂。

  为了加快混溶速率，上述制备方法的步骤（1）优选通过下述方式完成：