[发明专利]一种氟化铵改性二氧化钛可见光催化剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光催化材料领域，尤其是涉及一种介孔MCF为载体，在其孔道内负载TiO₂，利用氟化铵改性二氧化钛可见光催化剂的合成方法。

背景技术

随着社会的发展，环境污染成为了阻碍人类生存发展的一个重大难题。人们迫切需要一种清洁的方式来解决环境污染。光催化，可以有效地利用太阳光，降解环境污染物。而TiO₂以其无毒，安全，高效，廉价易得，成为了环境治污领域最具潜力的光催化材料。TiO₂由于实用性好和强的氧化性被广泛用作光催化剂。许多研究关注对TiO₂进行表面修饰以提高其紫外光和可见光活性，比如掺杂金属或者非金属元素，表面氟化，表面敏化和半导体负载。然而，很少有文献报道通过提高TiO₂对有机污染物物的吸附能力，从而进一步提高催化剂的光催化活性。Matthews等发现通过提高TiO₂对有机污染物的吸附能力，是有助于提高其光催化活性的。目前，提高TiO₂吸附能力的有效方法是提高催化剂的表面疏水性能。近年来，超疏水性材料引起了众多研究者的极大兴趣，因为其独特的性质可以被应用于自清洁涂料、抗菌剂、微流体、生物相容材料等领域。此外，超疏水材料在国防工业、农业、造船业等领域也存在极大的开发潜力。然而，到目前为止，很少有研究报道将超疏水材料应用于光催化领域。实际上，沸石分子筛等介孔材料，如HMS、SBA-15、MCF等，由于其本身具有大的比表面积和纳米孔道结构，对有机物有很好的吸附能力，可以消除水和空气中的有机污染物。因此，在疏水型的介孔材料的孔道内负载TiO₂，得到的新型负载型光催化剂可以有效提高其紫外和可见光活性。

但是疏水材料的稳定性一直是限制其在光催化领域应用的一个重要难题。传统的疏水改性剂包括含有有机疏水基团的有机硅烷偶联试剂和含有无机原子如F的硅烷偶联剂。这些有机官能团很容易在光照下被TiO₂降解掉，从而大大降低了疏水材料的疏水稳定性。此外，许多含F的硅烷偶联剂有毒且价格昂贵，没有实际应用价值。因此，寻找一种廉价的、化学稳定性好的无机疏水改性剂，制备出光化学稳定性好的疏水型介孔材料，对其在光催化领域的应用非常重要。这种新型的具有高光化学稳定性的超疏水材料，通过负载TiO₂，可以大大提高TiO₂对有机污染物的吸附能力，从而进一步提高其光催化活性。该种新型负载型光催化剂在光催化领域具有很大的应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、原料易得、能源消耗少、合成的产物具有良好的吸附有机污染物罗丹明B的性能及高的紫外和可见光催化活性的氟化铵改性二氧化钛可见光催化剂的合成方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氟化铵改性二氧化钛可见光催化剂的合成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)泡沫状介孔分子筛(mesocellular foam silica，MCF)的制备

37℃下称取一定量的三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO，P123)，溶于盐酸溶液中，再加入NH₄F和1，3，5-三甲基苯(TMB)，搅拌1小时，同温度下加入正硅酸乙酯(TEOS)，搅拌20小时，所得浆状物转移至高压釜内，100℃下水热24小时，洗涤沉淀，60℃真空干燥箱中干燥12h，再在550℃下煅烧6小时，得到MCF分子筛；

(2)MCF负载TiO₂催化剂的制备

称量硫酸钛(Ti(SO₄)₂)固体，加入二次蒸馏水，搅拌30分钟，待硫酸钛完全溶解后，加入步骤(1)制备得到的MCF分子筛，搅拌4小时，待混合溶液均匀，转入高压釜内，放至120℃烘箱中水热7小时；分离出的沉淀洗涤后，60℃真空干燥12小时，得到MCF负载TiO₂催化剂，标记为MCF/TiO₂；

(3)NH₄F对MCF/TiO₂的改性