[发明专利]利用相分离-水解溶剂热法可控合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非金属离子掺杂纳米二氧化钛的合成方法。

背景技术

半导体光催化技术由于操作简便、反应条件温和、无二次污染等突出优点而受到重视。在众多半导体光催化剂中，二氧化钛由于活性高、稳定性好、抗光腐蚀性强、价格便宜和安全无毒等特点而倍受青睐。较宽的带隙使二氧化钛具有高的光催化活性的同时也将其应用范围限制在紫外光范围内。非金属离子掺杂是拓宽二氧化钛光响应范围、提高其可见光催化活性的有效方法。目前采用的合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法通常是在二氧化钛纳米粒子获得之后与含有非金属元素的物质机械搅拌，进而进行一个还原性气氛保护下的高温热处理而得到产品；由于纳米粒子已经产生，非金属元素难以进入二氧化钛晶格取代氧元素，因此该方法的掺杂效率低下；需要经过二氧化钛的合成过程、与含有非金属元素的物质机械搅拌过程以及还原性气氛保护下的高温热处理过程，工艺复杂，生产所需设备种类繁多、高温下还原性气氛的保持对设备耐高温高压以及气密性要求高，因此成本高；现有工艺条件通常只能实现一种非金属元素掺杂，因此普适性差。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法掺杂效率低、工艺复杂、成本高、普适性差的问题，而提供一种利用相分离-水解溶剂热法可控合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法。

利用相分离-水解溶剂热法可控合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法，其特征在于利用相分离-水解溶剂热法可控合成非金属离子掺杂纳米二氧化钛的方法按以下步骤实现的：一、将钛酸丁酯与甲苯按1:3的体积比混合后搅拌20~40min，得到有机相；二、将浓度为1.5~2.0mol/L的非金属离子的水溶液加入到高压反应釜内，再将有机相装入U形槽后置于非金属离子的水溶液中，非金属离子的水溶液液面位于U形槽顶端面之下，然后盖上釜盖，然后在140~180℃下溶剂热反应5~7h，冷却至室温，过滤；三、将在100~140℃条件下，将步骤二过滤得到的沉淀物用二甲基硅油油浴干燥1h，研磨，以5~15℃/min的升温速率升温至300~400℃，保温1~3h，随炉冷却；即得到非金属离子掺杂纳米二氧化钛。

本发明通过在水相中引入氨水、硫脲或硫化钠等非离子，在高压反应釜内进行溶剂热反应，制备了不同非金属离子掺杂的纳米二氧化钛。本发明方法制备非金属离子掺杂的纳米二氧化钛的晶化度高、可见光催化活性好，用于可见光催化降解有机污染物。本发明方法制备非金属离子掺杂纳米二氧化钛的晶相为锐钛矿相，其的光响应范围更宽，可以达到700nm。与未经过掺杂的纯样品相比，本发明得到的非金属离子掺杂纳米二氧化钛光吸收更强，可见光催化活性提高，说明掺杂的效率高。本发明方法工艺简单，反应条件温和，对设备要求低，从而降低了生产成本；通过改变加入的非金属物质可得到多种非金属离子掺杂的纳米二氧化钛，适用面广，适于工业化生产。

附图说明

图1是合成装置示意图，图1中1表示釜盖，2表示高压釜，3表示U形槽，4表示有机相，5表示水相；图2是具体实施方式十所制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的XRD图,a表示用氨水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的XRD图，b表示用硫脲水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的XRD图，c表示用硫化钠的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的XRD图；图3是具体实施方式十所制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的DRS图，图3中1表示未经非金属离子掺杂（其他合成条件一致）的纯锐钛矿相纳米二氧化钛，2表示用硫化钠的非金属离子掺杂纳米二氧化钛，3表示用氨水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛，4表示用硫脲水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛；图4是具体实施方式十所制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛的可见光催化活性图，图4中5表示用氨水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛，6表示用硫脲水溶液制备的非金属离子掺杂纳米二氧化钛，7表示用硫化钠的非金属离子掺杂纳米二氧化钛，8表示二氧化钛（商品P25），9未经非金属离子掺杂（其他合成条件一致）的纯锐钛矿相纳米二氧化钛。

具体实施方式