[发明专利]一种氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种纳米材料制备领域，具体涉及制备具有光催化降解有机污染物方面专用的氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜材料及其制备方法。

背景技术：

进入20世纪，随着石油、化工和制药等工业的飞速发展，工业废水的处理问题成为世界各国研究的热点。高效无环境污染的光催化氧化技术在废水处理方面的研究备受瞩目。有研究表明，如能将两种或两种以上半导体材料复合，则催化活性会显著改观。并且，某些材料的复合还增大催化剂的总的比表面积，也有利于提高反应速率。将两种半导体型氧化物氧化锆和二氧化钛复合在一起，光催化活性由于二者协同效应而大幅度提高。

目前对于氧化锆和二氧化钛复合物的制备，其制备方法主要集中于使用固相法，溶胶凝胶法等。例如Ayca Kambur等人(Ayca Kambur,Gulin Selda Pozan,Ismail Boz,Applied Catalysis B:Environmental,115–116(2012)149–158)采用两步法分别制备出氧化锆和二氧化钛粉体，然后以氧化锆和二氧化钛为原料固相法混合得到两者复合物的方法。用这种方法制备的氧化锆和二氧化钛复合物工艺比较复杂，一般需要两次处理，即先完成两种氧化物的制备再进行复合处理，而且制备的产物为无规则颗粒状结构，在污水处理过程中难以回收。Rahima A.Lucky等人(Rahima A.Lucky,Ruohong Sui,John M.H.Lo,Paul A.Charpentier,Crystal Growth&Design,10(2010)1598–1604)以异丙醇钛，正丙醇锆等为原料采用溶胶凝胶法制备出一维氧化锆二氧化钛复合物结构，具体的讲是单层纳米管结构，用这种方法制备的纳米复合结构虽然可以一次完成，但是由于制备的样品仍然是以分散状态存在，最终难以解决其负载问题，在污水处理过程中不易回收，造成二次污染。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种制备氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜的方法。不仅解决纳米二氧化钛的负载问题，而且通过液相沉积制备氧化锆二氧化钛复合纳米管，能在一定程度上改善光催化效率，即减少光生空穴-电子对的复合问题，工艺简单。同时，复合后的产物具有孔结构，利用孔结构优异的表面物理化学特性，提高其催化活性。为达到上述目的，本发明采用通孔阳极氧化铝薄膜为模板，并利用四氟化钛和硝酸锆液相沉积技术在阳极氧化铝模板孔道中层层组装形成包含有阳极氧化铝模板的氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜。其具体步骤为：

(1)以多孔阳极氧化铝薄膜作为模板，其中多孔阳极氧化铝薄膜为通孔，孔径为100-250nm，膜厚度为20-60μm。

(2)配置浓度为0.05-0.5M的硝酸锆溶液和浓度为0.01-0.07M四氟化钛溶液待用；

(3)将多孔阳极氧化铝模板置于所述硝酸锆溶液中静置液相沉积5-16h,温度为40-80℃；

(4)将上述沉积过硝酸锆溶液的阳极氧化铝模板取出用去离子水清洗，60℃烘干得到含有阳极氧化铝模板的上下通孔的氧化锆前驱体纳米管薄膜；

(5)将上述合成的含有阳极氧化铝模板的上下通孔的氧化锆前驱体纳米管薄膜作为模板置于所述四氟化钛溶液中静置液相沉积3-10min,温度为40-80℃；

(6)将上述依次沉积过硝酸锆溶液、四氟化钛溶液的阳极氧化铝模板取出用去离子水清洗，60℃烘干得到包含阳极氧化铝模板的上下通孔的含有氧化锆和二氧化钛前驱体纳米管薄膜；

(7)将烘干后的包含阳极氧化铝模板的上下通孔的含有氧化锆和二氧化钛前驱体纳米管薄膜在400-600℃进行热处理保温2-4h，然后随炉冷却至室温，制备完成，得到含有阳极氧化铝模板的氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜。

采用本发明的优点是：

(1)由于采用四氟化钛和硝酸锆溶液在阳极氧化铝模板孔道中层层组装技术，本发明制备的氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜有很好的纳米管形貌，设备简单，操作容易，可以大量制备；

(2)制备的高催化活性氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜，多孔，催化活性高，同时以多孔阳极氧化铝模板为载体，解决纳米催化剂的负载问题，易回收，可循环使用，且属于环境友好型高性能材料；

(3)二氧化钛均匀的分布在氧化锆的管壁上，在紫外灯照射下，氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜催化降解有机污染物如甲基橙效率高，是纯二氧化钛纳米管光催化薄膜的1-5倍。

附图说明：

图1为氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜的SEM图片。