[发明专利]弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂的技术领域，特别涉及一种弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法。

背景技术

介孔材料是上世纪90年代以来发展起来的新型多功能材料，具有孔道成形良好，孔径均一，孔径尺寸在一定范围内可以调控以及具有较大的比表面积等诸多优点。同时二氧化钛具有优良的光电性能和光催化性能。介孔二氧化钛光催化剂兼具了介孔材料和二氧化钛的特点和优势，因此关于介孔二氧化钛的研究也已经成为一个世界性的研究热点。在制备介孔二氧化钛的众多方法中，无论是前驱物的溶胶-凝胶反应，还是模板剂的自组装都是一个系统熵减少的过程，反应若想顺利进行则需要从外界汲取能量，常用的方法是通过在一定温度下陈化来达到这一目的，但陈化时间通常需要数天。水热法正是为了克服上述缺陷而开发的新方法。水热法被认为是一种非常可靠的合成二氧化钛光催化剂的方法，并且相对于普通的溶胶-凝胶法而言，由于它可提供一个高能量场的反应环境，可以极大地缩短反应时间，并可有效改善所制备材料的物化性能。

在介孔TiO₂的制备过程中，抑制有机或无机钛源的过快水解是制备的一个重要环节。通常，既要通过加入乙酰丙酮、异丙醇等试剂来抑制钛源的过快水解，还需要用HCl、HNO₃等强酸作为酸催化剂，来合成具有介孔结构的TiO₂。这种合成方法所用的有机试剂种类和量都较大，因此在合成过程中造成很大的试剂浪费，而且事后还需要通过加热晶化方式来除去介孔材料中的各种添加的有机物得到活性TiO₂。而且合成实验中的所用到的强酸对环境及实验设备有较大的污染和腐蚀作用；并且在HCl或HNO₃等无机酸介质中，钛凝胶的形成速度快，不易控制，形成产物TiO₂粒径较大，因而会导致光催化剂活性的下降。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种弱酸条件下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种弱酸环境下水热法制备介孔二氧化钛光催化剂的方法，包括如下步骤：

(1)将1～20克钛酸正丁酯加入到6～120毫升醋酸溶液中，搅拌2～24小时，得到钛酸正丁酯的醋酸溶液；将0.005～1.5克非离子型模板剂加入到10毫升乙醇溶液中，搅拌至溶解，得到非离子型模板剂的乙醇溶液，将上述两种溶液混合搅拌制成钛溶胶。

(2)将钛溶胶于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，即可得到介孔二氧化钛光催化剂。

为了更好地实现本发明，所述醋酸溶液的体积百分数为5％～80％。

所述非离子型模板剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)、聚氧乙烯(PEG)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。

特别优选，所述聚氧乙烯(PEG)的分子量为200～20000；聚乙烯基吡咯烷酮的分子量为3000～2000000。

所述介孔二氧化钛光催化剂的平均孔径为8.4～16.0nm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明反应在弱酸环境中进行，在醋酸介质中反应条件温和，钛酸丁酯水解速度慢，反应条件容易控制。在体系中生成了多聚物，形成稳定均质的凝胶，可以提供一个更温和反应环境，更有利于钛凝胶在模板剂的牵引下形成介孔结构的二氧化钛。而且将前人制备TiO₂光催化剂水解过程中的水解抑制剂(乙酰丙酮、异丙醇等)和强酸催化剂(HCl、HNO₃等)合二为一，用醋酸在反应中不仅作为水解抑制剂同时也起到了酸催化剂的作用，从而减少了制备所需实验试剂的种类和用量，用弱酸醋酸来代替以上多种试剂，减少了试剂种类和用量，制备工艺过程简单，而且醋酸溶液对环境和设备破坏较小，符合当今提倡绿色环保的要求。

附图说明

图1是本发明制备的介孔二氧化钛光催化剂的TEM谱图。

图2是450℃煅烧制得介孔二氧化钛光催化剂的DMP暗吸附、光解和光催化降解动力学曲线。

图3是不同煅烧温度制得介孔二氧化钛光催化剂的DMP光催化降解动力学曲线。

图4是不同煅烧温度制得介孔二氧化钛光催化剂的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1