[发明专利]一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种球形核壳结构TiO₂/TiO₂材料及其制备方法，属于纳米复合材料领用。以硝酸钛为前驱体，结合均匀沉淀工艺和锻烧工艺制备二氧化钛实心核。通过在实心核表面采用pickering乳液方法包覆纳米二氧化钛粒子/纳米管、纳米带、纳米线，形成多孔壳层。经高温煅烧处理，得到核壳型TiO₂/TiO₂微球。本发明的核壳型多孔二氧化钛材料球形均匀，粒径可控。这种微球既可以用于表面活性剂，又具有UV光响应性。相比于TiO₂纳米颗粒，其光催化性能更强，回收利用率高。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种球形核壳型TiO₂/TiO₂材料及其制备方法。

背景技术

纳米TiO₂具有光催化活性高、化学稳定性好、对人体无害等众多优点,成为一种较理想的环保型光催化剂,可广泛应用于各种有机废水处理中。然而在废水处理中现有的TiO₂催化剂产品难以满足既保持高的催化活性又容易回收重复利用的要求。将纳米TiO₂以壳层的方式均匀分布在大颗粒粉体(微米级)表面等载体上,相对比表面积高,分散性好,吸附点多,这种结构使光生电子和空穴的复合几率减少,对TiO₂活性影响小,又可利用大载体较好的可回收性减小催化剂在废水处理中的损失。在现有的光催化剂应用体系中,这种负载型催化剂粉体初步显示出较大的优势。

目前采用市售的玻璃微球、活性炭等为载体,由于表面较光滑,使TiO₂固载量有限,结合强度不高,而且密度低、质量轻,不易沉降。此外,目前报道较多的负载方法主要是溶胶-凝胶-浸渍法,该方法制备的是纳米TiO₂光催化剂膜,固载量有限,相对比表面积小,吸附能力差,而影响光催化效率,同时由于TiO₂的胶体性使粉体在洗涤、干燥、焙烧过程中容易团聚结块,得不到分散性良好的粒子,从而抑制TiO₂充分发挥作用。即便可以得到分散性良好的粒子，该粒子处理废水时也容易在流水中流失而无法回收重复利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光催化活性高和可回收重复利用的球形核壳型TiO₂/TiO₂材料及其制备方法。

本发明的球形核壳型TiO₂/TiO₂材料，是以纳米级的TiO₂颗粒构成的TiO₂微球为核心，TiO₂纳米管、TiO₂纳米带或TiO₂纳米线以壳层的方式分布在微米级TiO₂微球上。

本发明利用水热法制备出二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线(纳米管、纳米带或纳米线相对纳米粒子来说在水处理过程中不易流失)，并用制得的二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线作为颗粒稳定剂制备油包水型的pickering乳液。其中的水相为硝酸钛和尿素的混合溶液。将该pickering乳液水浴加热，尿素会水解从而在水核中与硝酸钛反应产生沉淀，该沉淀锻烧后会形成TiO₂实心核。该实心核与外面包裹的作为颗粒稳定剂存在的二氧化钛纳米管、纳米带、纳米线会形成一种核壳结构，从而获得球形核壳型TiO₂/TiO₂材料。本发明在保持所得产物纳米 TiO₂纳米管、纳米带、纳米线以壳层的方式均匀分布在微米级TiO2微球上,比表面积高的同时因核壳结构均为TiO₂而导致二者的结合力很强,利用大载体较好的可回收性减小催化剂在废水处理中损失。同时，因纳米管、纳米带或纳米线的光催化性能优于纳米粒子而达到了提升光催化性能的目的。

一种球形核壳型TiO₂/TiO₂材料及其制备方法，包括如下步骤：