[发明专利]阶层多孔二氧化钛块体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔二氧化钛块体的制备方法，具体涉及一种溶胶-凝胶伴随相分离法制备阶层多孔二氧化钛块体的方法。

背景技术

二氧化钛因其具有化学稳定性高，生物兼容性好、无毒等特点而引起人们的极大关注，被广泛应用于催化剂，电子器件，分离和储能方面。阶层多孔结构二氧化钛材料因为具有多级孔径分布而具有独特的性能，其中大孔可以增强液体的传输，介孔结构可以有效提高材料的比表面积，增加材料与外界分子的接触面积。目前多孔块体材料制备方法众多，如凝胶冷冻干燥、造孔剂法、凝胶注模、发泡法、模板法、溶胶-凝胶伴随相分离等。其中，溶胶-凝胶伴随相分离法是一种最有前景的多孔块体制备技术，在这种方法中，通过在相分离和溶剂凝胶过程中发生聚合反应，从而形成具有共连续结构的湿凝胶。Konishi等人(Konishi,J.；Fujita,K.；Nakanishi,K.；Hirao,K.,Monolithic TiO₂with controlled multiscale porosity via a template-free sol-gel process accompanied by phase separation.Chem Mater 2006,18(25),6069-6074.)以钛醇盐为前驱体在强酸条件下合成大孔二氧化钛块体材料。另外，Hasegawa等人(Hasegawa,G.；Kanamori,K.；Nakanishi,K.；Hanada,T.,Facile Preparation of Hierarchically Porous TiO₂Monoliths.J Am Ceram Soc 2010,93(10),3110-3115.)使用矿物盐和螯合剂在一种温和条件下合成阶层多孔二氧化钛材料。但是这些方法都具有一定的缺陷，其使用钛的醇盐作为反应前驱体，价格昂贵；另外这些方法所制备的二氧化钛块体机械性能都比较差(抗压强度为0.1-0.3Mpa)，在一定程度上限制其进一步应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种阶层多孔二氧化钛块体的制备方法，该方法工艺简单，成本低，条件温和，所制备二氧化钛块体具有很好的机械强度，经后续处理后(即，指指步骤5的于500-800℃处理3-5小时)所形成的孔隙分布均匀。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种阶层多孔二氧化钛块体的制备方法：以硫酸氧钛为钛源，以甲酰胺为凝胶促进剂，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP，平均分子量为10000)为相分离诱导剂；依次进行如下步骤：

1)、将1.0克硫酸氧钛溶解于2.0-2.5毫升去离子水中，均匀搅拌直至得到透明溶液；

2)、向步骤1)所得的透明溶液中缓慢加入(约1-1.5分钟加完)0.5-0.8毫升乙二醇，搅拌3-5分钟；

3)、向步骤2)所得溶液中加入0.15-0.2克聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解；

4)、向步骤3)所得溶液中缓慢加入(约1-1.5分钟加完)0.4-0.6毫升甲酰胺，搅拌5-20分钟；

所得物先密封置于35-45℃陈化10-24小时，然后分别用去离子水和异丙醇进行溶剂置换，接着将置换后凝胶于50-65℃干燥3-5天，得干凝胶；

5)、将所述干凝胶于500-800℃处理3-5小时，得到阶层多孔二氧化钛块体。

作为本发明的阶层多孔二氧化钛块体的制备方法的改进：

步骤1)的搅拌时间为2-3小时，步骤3)的搅拌时间为20-40分钟。

作为本发明的阶层多孔二氧化钛块体的制备方法的进一步改进：

所述步骤4)中，溶剂置换的总次数为3-5次。

具体为：去离子水替换2-4次，每次10-14小时(较佳为12小时)；异丙醇替换1次，每次10-14小时(较佳为12小时)。

备注说明：上述步骤1)-步骤3)以及步骤4)起始的“搅拌”均于室温下进行，室温一般指20-30℃。

作为本发明的阶层多孔二氧化钛块体的制备方法的进一步改进：所述去离子水：乙二醇的体积比为1:0.3。

作为本发明的阶层多孔二氧化钛块体的制备方法的进一步改进：

所述步骤1)中：去离子水的用量为2毫升；

所述步骤2)中：乙二醇的用量为0.6毫升；

所述步骤3)中：聚乙烯吡咯烷酮的用量为0.2克；