[发明专利]高光催化活性二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种具有大比表面积、高结晶度、和高稳定性等特性的高光催化活性二氧化钛的制备方法。

背景技术：

现有的随着环保技术的发展和人们对环境质量的要求不断提高，高活性的光催化材料已经成为最引人注目的处理水和空气污染的新技术。目前，用于光催化技术的催化剂多为N型半导体材料，如TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、SnO₂、Fe₂O₃等。在众多半导体光催化剂中，TiO₂因其催化活性高、稳定性好、价廉、无毒等优点而倍受关注。除了在净化水和空气方面的应用外，TiO₂在杀菌消毒、光解水、固氮、CO₂还原等方面的研究也取得了一定进展。但是，目前，二氧化钛在应用方面仍有不足，主要是其光催化活性仍然较低，因此，如何提高二氧化钛的光催化活性是目前和今后需要解决的问题。二氧化钛的光催化活性主要由比表面积、晶粒尺寸、结晶度等决定。但是在以往的合成方法中，人们往往注重某一方面性质而忽略其他性质的重要性或者不能同时满足上述性质，如：所合成的二氧化钛虽然具有较高的结晶度但是却具有较小的比表面积和较大的晶粒；有的虽然具有较大的比表面积和较小的晶粒，但是结晶度不高，同样影响光催化活性。造成这样的结果的一个重要原因是这几个性质之间的不共存性，这些性质往往是很难同时达到最佳结合点。因此如何合成具有大的比表面积和较小尺寸的高结晶度的二氧化钛是人们所期望的，此外二氧化钛的相结构也是一个重要因素，在二氧化钛的三个物相中(锐钛矿、金红石和板钛矿)，通常认为锐钛矿具有较高的光催化活性，但是从Degussa P25和一些文献报道中我们可以看出具有一定比例的混合相的二氧化钛有利于光生电子和空穴的电荷分离(混晶效应)，也能提高光催化活性。

发明内容：本发明的目的是提供一种发明内容制备同时具有高结晶度、高稳定性、大比表面积和小晶粒的纳米二氧化钛，用这种方法合成的二氧化钛具有优于现已报到的光催化剂Degussa P25的光催化活性。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

高光催化活性二氧化钛的制备方法，(1)取钛的醇盐，加入无机酸作为水解催化剂在低温下搅拌，升温后保持回流，分层，取下层乳白液加入阳离子表面活性剂，调节PH至9～10，陈化，然后将所得乳液杂化体冷却至室温。(2)抽滤，进行稳定化处理用水洗涤至中性，烘干。(3)将所得粉体在400-800摄氏度温度范围内培烧。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，钛的醇盐为钛酸四丁酯，钛酸异丙酯，钛酸乙酯中的一种，取摩尔浓度为0.1-1M，溶剂为乙醇，异丙醇，丁醇的一种或两种的混合，加入到酸性的水溶液中水解，得到溶胶。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，所用酸为硝酸，pH为0.8-1.2。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，钛的醇盐的水解速度通过温度来控制，水解是在冰水浴中进行，以控制水解速度，获得较小的晶粒，然后通过升高温度在70-90℃回流2-4小时。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，水解后得到的半透明溶胶与表面活性剂在氨水逐滴加入下形成复合杂化体，其陈化条件是，温度为15-30℃下封闭8-24小时。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂，季铵盐类。

上述的方法，陈化后的杂化体进行水热反应的温度为80-200℃，时间为8-72小时。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，陈稳定化处理的条件是温度80-100℃，用氨水调节pH为8-10，时间为24-72小时。

上述的高光催化活性二氧化钛的制备方法，干燥后的粉体以1-5℃/min的升温速率加热至400-800℃，空气条件下焙烧4小时。

这个技术方案有以下有益效果：

1.本发明的方法制备的二氧化钛光催化剂是锐钛矿和板钛矿的混合晶相，这两晶相具有不同的禁带宽度而形成异质结，有利于光生电子和空穴的分离效率的提高，适合于用作光催化剂。

2.本发明的方法制备的二氧化钛光催化剂具有很高的结晶度和相稳定性，经过水热反应后再经过高温焙烧后具有非常高的结晶度，而且在经过800℃焙烧后仍然未出现金红石相。