[发明专利]一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及可用于废气和废水处理的吸附和光催化材料，尤其涉及一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

半导体多相光催化技术作为一种高效的有机污染物的治理方法，具有广阔的应用前景。在各种半导体光催化剂中，二氧化钛作为一种典型的N型半导体，因其无毒、廉价、性能稳定、光催化性能高、对污染物中的有机物降解无选择性等优点，成为当前受重视和具有广阔应用前景的光催化氧化剂。

目前，科研工作者们已经开发出多种纳米二氧化钛材料的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水/溶剂热法、气相法、水解法等。纳米二氧化钛具有高比表面能，易发生团聚而丧失或削弱其所特有的性能，而传统的合成方法的加热方式不可避免的在反应器中造成温度梯度的存在，因此单分散的二氧化钛粒子不易形成。微波化学是近年来兴起的一门边缘交叉学科，在纳米材料的制备中显示出很强的竞争力，目前已被广泛应用于制备具有特殊结构和性能的纳米材料。

CN102774881A公开了一种高催化活性二氧化钛纳米管的微波辅助合成方法，所述方法以锐钛矿相二氧化钛为前驱体，在高压微波环境下，通过浓碱水水热法制备二氧化钛纳米管；CN101698504A公开了一种微波合成纳米二氧化钛的方法，所述方法以无机钛源为前驱体，在高温、高压条件下，通过微波水热反应制备二氧化钛材料。上述两个发明都是在高温高压的条件下进行制备，条件严格，且耗能大。

CN103521270A公开了一种磺化煤负载TiO₂光催化剂及其制备方法，该方法以高聚物半有机质磺化煤为载体，以硫酸钛为钛源，采用微波-液相沉淀法制备以半焦磺化煤为基底的负载型纳米晶体TiO₂光催化剂。该方法需要采用高聚物半有机质磺化煤为载体，且需要三次微波辐照，得到的TiO₂光催化剂的降解速率不够高。

所以找到一种反应条件温和，不需模板的方法制备二氧化钛催化剂就显得尤为重要，也更加绿色环保，便于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米催化剂、其制备方法及应用，所述二氧化钛纳米催化剂材料在制备过程中不使用任何模板剂，反应条件温和、简单高效，具有绿色环保的特点。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种微波辅助制备二氧化钛纳米催化剂的方法，包括如下步骤：将二氧化钛前驱体和溶剂混合后调节pH，在50-120℃的温度和常压下进行微波辐照反应，再经过冷却、洗涤、干燥和煅烧后得到二氧化钛纳米催化剂。

本发明中，所述方法为一种常压、温和的反应条件，所述常压指的是0.5-2个标准大气压的情况，优选为1个标准大气压的情况下，通过微波辅助作用，在短时间克服能垒促进成核，制备出具有特殊形貌、比表面积大于100m²/g的二氧化钛纳米催化剂，可有效增加反应活性位点、促进吸附传质以及降低光生在载流子的复合，提高二氧化钛的光催化活性。

所述温度例如可以是50℃、51℃、53℃、55℃、56℃、58℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。

优选地，所述二氧化钛前驱体和溶剂的质量比为1:(5-200)，例如可以是1:5、1:8、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:100、1:103、1:105、1:108、1:110、1:115、1:120、1:125、1:130、1:135、1:140、1:145、1:150、1:155、1:160、1:165、1:170、1:175、1:180、1:185、1:190、1:192、1:194、1:195、1:198或1:200，优选为1:(8-150)，进一步优选为1:(10-100)。

优选地，所述二氧化钛前驱体为钛酸正丁酯、异丙醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛或四氯化钛中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，所述溶剂为水和/或小分子醇的混合物。

优选地，所述小分子醇的混合物为甲醇、乙醇或丙醇中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，所述调节pH的调节剂为盐酸、硫酸、乙酸或柠檬酸中的任意一种或至少两种的混合物。