[发明专利]尺寸选择性的纳米介孔SiO2

说明书

一种纳米介孔SiO₂‐TiO₂复合光催化材料的制备方法。配制Ti‐Si复合前驱体溶液、以及将聚氧乙烯‐聚氧丙烯‐聚氧乙烯(P123)、正丁醇和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等配制成模板剂溶液体系，然后将两种溶液混合得到沉淀，经过滤洗涤除去氯离子，再经过氧化氢重新溶解处理得到纳米介孔二氧化钛\二氧化硅复合光催化材料。该方法实现了纳米氧化硅包覆氧化钛结构的原位合成，避免了合成氧化硅后续负载氧化钛过程易造成的催化剂堵塞介孔及易脱落问题；同时，相比较于合成氧化钛再包覆氧化硅过程，方法流程简单，可操作性强，相对成本低廉，适用于批量制备，具备工业化生产的可能性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于无机金属氧化物制备领域，特别涉及纳米结构二氧化钛/二氧化硅复合光催化材料的制备方法。

背景技术

半导体光催化技术作为一种温和的高级化学氧化技术，能够持续将其所吸收的光能转化为化学能，从而有效矿化空气中挥发性有机物，被认为是解决相关行业、民居分布式、低浓度、高毒害有机挥发气体危害的有效解决方案。

半导体光催化氧化技术在有机基材表面应用，其主要难点是光催化材料对于有机基底本身的腐蚀问题，即高分子基底本身也能被半导体光催化过程分解。因此，直接在基底表面喷涂TiO₂涂层，或者直接将TiO₂混合添加在高分子基底材料中会引起基底腐蚀现象。但大部分材料，特别是建筑材料，无论是基于装饰或防腐等功能性需要，都是被有机涂料涂层覆盖的。因此，有机基底材料与高分子材料的腐蚀问题，是限制催化技术在各行业大规模应用的主要技术瓶颈。

介孔SiO₂包覆TiO₂复合光催化材料被认为作为一种提供尺寸选择性的方法得到了广泛重视，其中二氧化硅形成纳米介孔结构，而纳米氧化钛分散与纳米氧化硅介孔中，这使得小分子污染物，如甲醛和苯能够通过介孔与氧化钛接触被分解，而大分子聚合物由于尺寸效应，则无法直接接触到纳米氧化钛，从而不会被分解。但目前所报道的合成方法或者先合成纳米氧化钛，再在表面包覆氧化硅的方法，步骤繁琐，不适用于大规模工业生产；或者先合成纳米介孔纳米氧化硅，再浸泡在纳米氧化钛中负载，但会造成介孔堵塞，及催化剂脱落问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明的一个目的在于提供一种简单易控，效果良好，适于大规模工业生产的制备尺寸选择性的纳米介孔SiO₂-TiO₂复合光催化材料的方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明的纳米介孔二氧化钛/二氧化硅复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：

(1)Ti-Si复合前驱体配置

将四氯化硅溶解于四氯化钛得到复合前驱体溶液，其中Si:Ti的摩尔比例为1:0.1至1:10；

(2)模板剂溶液体系配置

将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)溶解于正丁醇中，再加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解，然后上述溶液溶解于氨水溶液形成模板剂溶液体系；其中P123的最终重量百分比浓度为0.01wt％至0.05wt％，正丁醇的最终重量百分比浓度为5至25wt％，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)最终重量百分比浓度为0.05wt％至0.1wt％，NH₃·H₂O的最终重量百分比浓度为5wt％至15wt％，P123与CTAB的重量比为1:0.1至1:8。

(3)Ti-Si复合前驱体水解

将Ti-Si复合前驱体滴加到上述模板剂溶液体系中，以600～2000转/分的搅拌速度强烈搅拌24～36h后得到白色沉淀；其中Ti-Si复合前驱体溶液与模板剂溶液的体积比为1:0.2至1:10。

(4)沉淀净化