[发明专利]一种介孔TiO2

说明书

本发明属于光催化剂制备领域，具体地，涉及一种介孔TiO₂光催化剂的制备方法。本发明包括以下步骤：1)将有机钛酸酯与作为模板剂的长链有机酸分别加入到短链醇溶液中，并在沸腾状态下搅拌回流2‑48小时，生成脂肪酸改性的钛源醇溶液；2)将钛脂肪酸改性的钛源醇溶液加入到水中，然后调节溶液pH值为12‑14，获得碱性混合液；3)将步骤2)获得碱性混合液在80‑200℃下水热12‑148小时，得到白色固体；4)将步骤3)得到的白色固体经洗涤，烘干，研磨后煅烧，制得介孔TiO₂光催化剂。本发明将通过钛源前驱体和模板剂的结合，形成含钛模板剂。在水热反应中，钛源的水解形成TiO₂骨架结构和模板剂形成的介孔结构重合，热处理去除模板剂的同时可以避免有效避免介孔结构的塌缩。

技术领域

本发明属于光催化剂制备制备领域，具体地，涉及一种介孔TiO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，工业污染物和废气排放引起了极大的环境危机。水和大气的污染也严重影响着人们的日常生活和健康。这些污染主要包括各种有机物在水和土壤中的排放和有机挥发性(VOCs)气体、氮氧化合物(NOx)等的大气污染。采用活性炭和其他吸附剂等吸附方式并不能从根本上消除环境中的有机类污染物。环保型光催化技术由于其具有无毒、廉价、矿化率高等优点越来越引起科学界和工业界的重视，在日本、欧洲和北美，利用光催化降解大气污染物已经开始应用。

TiO₂是一种最常见的光催化剂，具有稳定高效且廉价等性质，在国内外得到广泛的研究和应用。但TiO₂禁带宽度(3.2eV)，仅在紫外光区响应。采用金属离子和非金属离子掺杂可以改变TiO₂导带和价带的能级位置，减小禁带宽度，提升可见光响应。但是掺杂型TiO₂纳米颗粒比表面低，TiO₂作为光催化剂，需要与降解目标分子物理性直接接触，这需要大幅提升TiO₂的吸附性能。降低TiO₂的粒子尺寸可以提升TiO₂比表面积，从而提升吸附性能。但是随着粒子尺寸的减小，由于量子尺寸效应的原因，禁带会变宽。同时粒子尺寸变小也容易引起粒子的团聚，不利于TiO₂光催化剂的实际应用。制备介孔结构TiO₂可以有效的提升催化剂的吸附性能。

介孔结构是指材料的微孔结构在1-10nm区间。介孔材料具有类似分子筛的高吸附性能，并且可以维持材料本身的晶体结构。利用有机模板剂自组装是合成解目前是合成介孔材料的主要方法。专利CN101130159报导了在弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛的方法，该方法将钛酸正丁酯的醋酸溶液和非离子型模板剂的乙醇溶液混合搅拌制成钛溶胶，将搅拌后的钛溶胶于80-200℃水热12-148小时，水热后的产物烘干得到凝胶状固体，再将烘干后的固体于300-750℃煅烧2-10小时，即得到介孔二氧化钛。专利CN103143356，利用TiCl₄为前驱体，以十二烷基三甲基溴化胺为模板剂通过水热法合成制备介孔TiO₂，然后通过超临界萃取方法去除模板分子。专利CN1636879采用硫酸氧钛和氢氧化钠，水为溶剂，加入表面活性剂，制备出二氧化钛凝聚粒子，再经过滤、干燥、热处理、研磨，制得粒径8-15nm、比表面积80-150 m²/g的锐钛型纳米二氧化钛粉体。专利CN1594101报导了一种制备二氧化钛介孔材料的方法，具体是采用嵌段共聚物为模板，采用溶胶凝胶法制备得到具有较大孔径、高热稳定性和高光催化活性的稀土掺杂二氧化钛介孔材料。在以上发明中，模板剂在溶剂(水)中自组装形成介孔结构，钛源通过填充空隙，水解结晶后形成TiO₂骨架结构，在去除模板剂后形成负型介孔结构。由于模板剂的支撑因素消失，在热处理过程或萃取过程中，容易造成介孔结构塌缩。另外超临界萃取法也不适合大规模的工业应用。

发明内容