[发明专利]一种具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料及其制备方法

说明书

一种具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料及其制备方法，属于材料技术领域，材料晶粒尺寸为10～30nm，堆积构成具有介孔的核壳结构，包括外壳结构和内核结构；方法为：(1)将乙醇和水混合成乙醇水溶液；(2)加入硫酸钛；(3)加入氯化铵粉末搅拌成无色透明的混合溶液；(4)放入反应釜中，在150～220℃反应1～10小时，自然冷却，分离出固相作为前驱体；(5)前驱体经洗涤并干燥后焙烧，制得具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料。本发明的产品具有比表面积大，吸附能力强，反应物/产物扩散输运容易进行，良好的抗毒物性能和循环回收性等优点；方法操作简单，避免了生产成本和环境成本提高的问题。

技术领域

本发明属于金属氧化物材料技术领域，特别涉及一种具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料及其制备方法。

背景技术

日益严重的水污染促进了光催化降解材料的研究，纳米晶TiO₂具有催化活性高，化学稳定性好，能耗低，无毒安全，价格低廉等特点，是一种理想的半导体光催化降解材料。目前阻碍其应用推广的主要问题是对可见光的吸收效率不高，并且其催化稳定性以及循环回收再生能力也需进一步提升；TiO₂介孔材料孔隙率高，比表面积和活性大，可以吸附更多的有机污染物，并可利用孔道内部晶粒间的多次反射作用增强其对太阳光的吸收效率，从而有效提高光催化降解效率；而拥有核壳结构的二氧化钛介孔材料，具有独特的半封闭式微反应环境，在保持上述介孔材料高反应活性的同时，还表现出卓越的光稳定性和催化稳定性，易于循环回收再生操作。

目前关于核壳结构二氧化钛材料制备的常用方法为模板法，分为软模板和硬模板两类。软模板通常是利用表面活性剂形成胶束或囊泡等，焙烧后得到中空或核壳结构的复合材料，影响参数众多，不利于产业化；硬模板法则多以有机聚合物微球、二氧化硅微球、碳球等为载体，将纳米二氧化钛以壳层的方式均匀分布在载体表面，所负载二氧化钛壳层结合强度不足，负载量不高。也有报道以钛醇盐为钛源采用水热法制备核壳结构的二氧化钛材料，但钛醇盐不稳定易水解，反应速度难以控制；中国专利CN201010201801.6公开了一种具有核壳结构的二氧化钛纳米材料的制备方法，该方法以三价钛盐和葡萄糖为初始原料，通过溶剂热和煅烧制得了具有核壳结构的二氧化钛纳米材料。该方法需综合考虑前驱体中残余碳的去除程度以及核壳结构被烧结所破坏的总体程度，增加了煅烧环节的生产成本和结构重复性的控制难度。

发明内容

本发明旨在提供一种具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料及其制备方法，采用硫酸钛和氯化铵为主要原料，通过低温反应获得前驱体再焙烧的方法，制得的核壳型介孔结构能显著增加材料的催化活性和对有机污染物的吸附量，并具有良好的抗毒物性能和循环回收性。

本发明的具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料的晶粒尺寸为10～30nm，晶粒堆积构成具有10～20nm介孔的核壳结构，包括外壳结构和内核结构；外壳结构内部有空腔，外壳结构的平均外径尺寸为1～4μm，外壳结构的厚度为50～100nm；外壳结构内部还具有内核结构，内核结构的平均外径尺寸为0.5～2μm。

上述的具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料的比表面积为102～125m²/g。

上述的具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料的晶型为锐钛矿纳米晶。

本发明的具有空腔的核壳结构二氧化钛介孔材料的制备方法按以下步骤进行：

(1)将乙醇和水按照体积比1:(1～5)的比例相混合，得到乙醇水溶液；

(2)将硫酸钛加入乙醇水溶液中，搅拌均匀，形成硫酸钛乙醇水溶液；其中硫酸钛与乙醇的摩尔比是1:(50～100)；

(3)将氯化铵粉末加入硫酸钛乙醇水溶液中，搅拌均匀制成无色透明的混合溶液；其中硫酸钛与氯化铵的摩尔比是1:(1～3)；