[发明专利]一种快速制备二氧化钛中空纳米球的方法

说明书

本发明公开了一种快速制备TiO₂中空纳米球的方法，该方法采用无机钛源为前驱体，以柠檬酸钠、次磷酸钠、硫酸钛、柠檬酸钠为原料，在不加入任何模板剂的条件下通过简单的水热过程即可快速合成具有中空结构的TiO₂纳米球，合成反应时长不超过25min。本发明制备的TiO₂为纳米粒子组装而成的中空结构，多孔外壳可提供目标物进出的通道，且具备高比表面积、高结晶度等优良特性。

技术领域

本发明属于水处理技术领域材料制备新技术，尤其涉及一种快速制备TiO₂中空纳米球的方法。

背景技术

近年来，TiO₂由于其优异的物理化学特性被广泛应用于水处理领域。其中，纳米结构的中空TiO₂由于具有大的比表面积，可充分利用的球内表面空间，更低的体相密度以及多孔的外壳等特性，可以快速高效的实现水体中污染物的去除。目前中空结构的TiO₂制备方法主要以模板法为主。采用模板法制备中空TiO₂过程包括模板制备、TiO₂的沉积、模板去除等一系列步骤，其制备过程复杂冗长，往往伴随着高能耗过程，且制备过程引入的有机溶剂可能带来严重的二次污染。为克服此缺陷，尽管越来越多的研究尝试采用无模板法来制备中空TiO₂，但始终不能解决制备周期过长的问题。因此，有待于开发一种制备过程简单、可快速高效合成中空结构TiO₂的新方法。

发明内容

为克服现有制备技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够快速制备TiO₂中空纳米球的方法。该方法采用无机钛源为前驱体，在不加入任何模板剂的条件下通过简单的水热过程即可快速合成具有中空结构的TiO₂纳米球，合成反应时长不超过25min。本发明制备的TiO₂为纳米粒子组装而成的中空结构，多孔外壳可提供目标物进出的通道，且具备高比表面积、高结晶度等优良特性。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种快速制备TiO₂中空纳米球的方法，包括如下步骤：

步骤一，将柠檬酸钠与次磷酸钠按摩尔比为(1～3)：0.2加入到稀硫酸溶液中均匀分散；

步骤二，按硫酸钛与柠檬酸钠摩尔比为1：(1～10)的比例向步骤一中的混合溶液加入硫酸钛并搅拌；

步骤三，将步骤二所得溶液转入到水热反应釜中，进行水热反应，反应的温度为160～210℃，时间为18～25min；

步骤四，将步骤三中的反应产物经去离子水与无水乙醇洗涤后，真空干燥后即得所述的TiO₂中空纳米球。

而且，步骤一中，所述的柠檬酸钠与次磷酸钠按摩尔比为(1～2)：0.2；所述的稀硫酸溶液的体积为70～75ml，质量分数为3.5％。

而且，步骤二中，所述的硫酸钛与柠檬酸钠摩尔比为1：(2～8)，所述的搅拌时间为30～35min。

而且，步骤三中，所述的水热反应的温度为180～200℃，时间为20～25min。

而且，步骤四中，所述的真空干燥温度为60～65℃，所述干燥时长为12～13h。

由一种快速制备TiO₂中空纳米球的方法所制备的TiO₂中空纳米球在去除水体中砷元素的应用。

本发明所达到的有益效果：

(1)相比目前普遍采用的模板法，本发明中所述的制备方法其使用的原料廉价易得，合成过程简单，合成消耗时间短，能够显著提高生产效率，降低成本。