[发明专利]稀土铕掺杂纳米TiO2空心玻璃微珠的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能无机非金属材料制备方法技术领域，涉及一种空心玻璃微珠包覆改性的方法，具体涉及一种稀土铕掺杂纳米TiO₂空心玻璃微珠的制备方法。

背景技术

固、液光催化体系的发展和应用存在两个关键问题：一是如何提高催化剂的催化活性；二是催化剂的分离、回收和重复使用。作为广泛使用的TiO₂光催化材料，人们从钛源种类、制备条件、晶体类型、晶面间距、晶粒大小、稀土掺杂以及染料敏化等多个方面都进行了深入地研究。研究表明，稀土元素掺杂TiO₂对其吸光性能、电荷扩散、表面反应、粒径和晶型等产生影响。这是因为：①形成了捕获中心，稀土元素是价态低于+4价的金属离子，可以有效地捕获空穴，抑制电子和空穴的复合；②形成掺杂能级，使能量较小的光子激发掺杂能级上捕获的电子和空穴，提高光子的利用率；③导致载流子的扩散长度增加，从而延长电子和空穴的寿命，抑制复合；④造成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti⁴⁺氧化中心。掺杂的稀土元素主要是镧系的轻稀土元素，在TiO₂中掺杂不同种类和不同浓度的稀土元素，引起的变化不同。

纳米Fe₃O₄磁性颗粒作为重要的功能材料，在磁流体材料、微波吸收材料、特殊催化剂原料等方面显示出优异的性能，成为材料学的热点领域之一。目前，纳米Fe₃O₄的制备方法主要有水热合成法、中和沉淀法、微乳液法、共沉淀法和氧化沉淀法等，其中水热法制备纳米Fe₃O₄粒子具有显著的优点，一是相对高的温度有利于产物磁性能和结晶程度的提高；二是在封闭容器中进行产生相对高的压强避免了组分挥发，提高了产物纯度，减少了污染。利用水热法合成纳米级氧化物的关键是，高温高压下氧化物所对应的氢氧化物在水中的溶解度必须大于氧化物本身在水中的溶解度，于是氢氧化物溶于水中同时析出氧化物，这样氧化物的形成只经历了一个溶解、结晶的过程，所制得的纳米晶发育较为完整，晶粒尺寸小，粒度分布窄，团聚程度低，且不需高温锻烧预处理，避免了晶粒长大、缺陷形成和杂质的引入。另外，由于系统本身所形成的高压环境，反应进行的很均匀。水热条件下，通过控制反应温度、反应时间和原料配比等条件，能够得到不同晶体结构、组成、形貌以及颗粒尺寸的产物，颗粒均匀，分散性良好，无须高温焙烧，过程污染小，操作简单，易实现工业化生产等优点。

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的中空玻璃球体，具有质轻、低导热、抗压、高分散、隔音、电绝缘性和热稳定性好等优点，是近年来发展起来的一种用途广泛、性能优异的新型轻质材料。利用空心玻璃微珠质轻、中空的特点，对其进行表面改性处理，能够得到具有特殊功能的新材料。

目前使用硫酸铁、硫代硫酸钠和尿素采用水热法对空心玻璃微珠包覆磁性纳米Fe₃O₄颗粒，然后使用正硅酸乙酯包覆花球状SiO₂中间层，最后使用硫酸钛、尿素和硝酸铕包覆铕掺杂纳米TiO₂光催化层的复合改性方法还没有。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土铕掺杂纳米TiO₂空心玻璃微珠的制备方法，实现了在不降低TiO₂光催化活性的前提下，赋予了空心玻璃微珠优异的磁性能。

本发明所采用的技术方案是，稀土铕掺杂纳米TiO₂空心玻璃微珠的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对空心玻璃微珠进行清洗、浮选和预处理；

步骤2、配制偶联改性混合溶液，利用偶联改性混合溶液对经步骤1得到的空心玻璃微珠进行表面富氨基化处理；

步骤3、对经步骤2得到的表面富氨基化的空心玻璃微珠进行包覆纳米Fe₃O₄改性处理；

步骤4、对经步骤3得到的包覆纳米Fe₃O₄空心玻璃微珠进行包覆SiO₂处理；

步骤5、将经步骤4得到的包覆花球状SiO₂的磁性空心玻璃微珠进行包覆稀土铕掺杂纳米TiO₂处理，得到稀土铕掺杂纳米TiO₂磁性光催化空心玻璃微珠。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：