[发明专利]亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：S1、在室温下，制备乙醇与四氯化钛的混合液，混合液置于烘箱中进行醇热反应，反应后冷却至室温，得到上层有清液的白色沉淀；S2、倒掉步骤S1的上层清液，在白色沉淀中加入乙醇后离心，重复多次清洗后得到白色沉淀；S3、向步骤S2得到的白色沉淀中加入去离子水，冷冻干燥后，得到白色粉末状的亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂。本发明制备的光催化剂尺寸仅为10nm左右，尺寸小，比表面积大，受表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应影响，氧化还原能力强，光催化效果好。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂的制备方法。

背景技术

纳米材料由纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径在1纳米与100纳米的范围内。纳米材料尺寸小，比表面积大，表面原子多，表面能高；颗粒尺寸小，体积小，颗粒中的电子被局限在小空间内，电子运输受限，平均自由程缩短，使得电子局域性和相干性增强；当颗粒尺寸下降到接近或小于激子波尔半径时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级。上述便是纳米材料的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应，这些特殊效应使其具有其它材料无法比拟的优势，成为当今材料领域的研究热点。

相比于块体半导体光催化剂，纳米半导体光催化剂受量子尺寸效应影响，带隙变宽，使得导带电位更负，价带电位更正，氧化还原能力增强，而且光学吸收发生蓝移；高比表面积使得纳米半导体光催化剂吸附污染物的能力增强，有助于提高其光催化反应的速度；粒径小，电子和空穴复合的几率变小，电荷分离效果好，光催化活性高。

由于二氧化钛纳米材料光催化活性高、光学稳定、无毒、廉价易得，在半导体光催化材料领域受到广泛关注。制备二氧化钛纳米材料的方法有溶剂热法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。传统的溶胶-凝胶法和微乳液法获得的多是无定型的二氧化钛，需要经过高温焙烧才能良好结晶，但是高温焙烧往往会导致晶相转变、晶体团聚、晶粒尺寸变大。水热法水解反应时速度极快，很难做到对晶体的尺寸、形貌的精确微观控制。

利用二氧化钛纳米光催化剂降解甲醛、染料、氨、双氧水、挥发性有机物等方法均有报道，但不限于此，纳米二氧化钛在涂料、化妆品、太阳能电池、纺织品等领域也有潜在的应用。

环保性差的室内涂料、装饰材料以及家具常年放出甲醛、VOCs等多种有害化合物，对人体特别是抵抗力低的婴幼儿危害极大。特别地，由于普通钛白粉并不具备亲水性特点，故以钛白粉为原料制备的材料往往需要一些亲水性添加剂。比如一些粉刷、喷涂漆会添加甲醛以增加亲水性和粘度，甲醛污染问题便随之而来。一方面，高光催化活性的亲水性二氧化钛纳米光催化剂喷涂试剂可降解这些有害化合物。另一方面，用亲水性TiO₂替代普通的钛白粉作为原料制备其他实用材料，最大程度上降低甲醛等有害添加剂的用量，从根本上解决甲醛类有害物污染问题。

印染废水具有排放量大、浓度高、可生化性低等问题，是当前最严重的水体污染源之一，不仅对人体有害，而且对生态造成了极大的威胁。常规二氧化钛光催化剂由于一般不具备亲水性特点，很难完全溶于染料溶液中，染料吸附性差，光催化降解效果差强人意。光催化剂回收往往需要多次洗涤、离心、过滤等繁琐过程，重复利用困难，回收效果差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂的制备方法，采用一步醇热法制备亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂，方法简单，而且制备的光催化剂具有尺寸小、比表面积大、氧化还原能力强和光催化效果高等优点。

本发明是这样实现的：

一种亲水性锐钛矿相二氧化钛纳米光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

S1、在室温下，制备乙醇与四氯化钛的混合液，混合液置于烘箱中进行醇热反应，反应后冷却至室温，得到上层有清液的白色沉淀；