[发明专利]一种核‑壳结构SiO2‑TiO2复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于自清洁纳米材料的领域，具体涉及一种核-壳结构SiO₂-TiO₂复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，环境污染已成为目前急需解决的突出问题之一。纳米材料光催化技术由于具有降解效率高、反应条件温和、能耗低以及二次污染少等突出的优点，成为目前比较有发展前景的环境污染治理技术之一。溶胶-凝胶法具有制备温度低，工艺简单，可制备多组分混合均匀的薄膜，并且薄膜颗粒度均匀、纯度高等优点因而成为制备TiO₂薄膜的最常见方法。然而，溶胶-凝胶法通常需要后期高温处理使TiO₂完成晶化才能具有光催化效果，但高温处理可能会导致TiO₂晶粒容易长大，导致光量子效率及光催化活性降低。SiO₂材料具有低折射率，高化学稳定性和耐酸碱腐蚀等优良性能，是目前研究最多、应用较广的材料。虽然SiO₂不及TiO₂自清洁性能显著，但是基于SiO₂折射率低的特点，目前很多研究都在探索SiO₂的自清洁性能。制备的超亲水SiO₂纳米复合材料，可不依赖于光催化材料而展现出自清洁特性。近年来很多研究将SiO₂与其他方法结合对该法进行了很多改进，研究将酸催化的SiO₂和酸催化的TiO₂复合溶胶，这两种原料只是单纯的混合，虽然可以使复合材料达到超亲水性能，但自清洁效果并不是很明显。目前自清洁材料的产业化受到了一些技术上的制约:其在可见光下的光催化效率太低，TiO₂膜的大面积制备技术也不够成熟，自清洁性能的持久性还有待提高等。今后的自清洁材料将会朝着光催化效率更高,自清洁性能更稳定的方向发展。如此种种，目前用溶胶-凝胶法制备的普通SiO₂和TiO₂复合纳米材料是无法满足这些要求的。

中国专利102173451 A公开了一种锐钛矿型纳米材料的制备方法及使用该材料制作的自清洁太阳能玻璃。虽然经过该方法制得锐钛矿型纳米材料，使其具有较高的光催化效果，但是，这种方法制备得锐钛矿型纳米材料并没有解决超亲水性能的缺点。而中国专利103787586 A 公开了一种自清洁亲水复合材料及其制备方法，所述自清洁亲水复合材料是中空微球的球壳材料，且通过从微观结构上改善薄膜结构，使其同时具有超亲水性能并使其超亲水的有效性间也得到延长，但是，这种方法制备得自清洁亲水复合材料并没有解决光催化效率低的缺点。这两种方法都不能同时达到超亲水性能和高效的光催化特性，不宜在工业上得到较大规模应用。综上所述，目前的技术未能同时满足超亲水性能和高效的光催化特性的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核-壳结构SiO₂-TiO₂复合纳米材料及其制备方法和应用，其处理过程快速，周期短，可大大提高生产效率，容易实现工业产业化。同时，自清洁材料的应用领域还可以不断的拓宽，如空气净化、污水处理、光催化反应器和太阳能电池组件等。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核-壳结构SiO₂-TiO₂复合纳米粉末材料的制备方法的具体步骤如下：

（1）SiO₂溶胶的制备：将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和氨水按质量比为105-115：920-925：25-27：5.0-6.5混合，25-30℃恒温反应2-3 h，25-30℃恒温密封陈化7-9天，回流除去溶胶中的氨，用0.22 μm偏氟膜过滤；

（2）核-壳结构SiO₂-TiO₂复合溶胶的制备：称取180 g无水乙醇和20 g浓盐酸，混合均匀、稀释，加入140-160 g SiO₂溶胶，25-30 ℃磁力搅拌下滴加钛酸丁酯，恒温反应2-3 h，25-30 ℃恒温密封陈化7-9 d，用0.22 μm偏氟膜过滤；