[发明专利]一种多孔碳-二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种多孔碳-二氧化钛新型复合材料的制备方法，属于复合纳米材料制备技术领域。

背景技术

1972年，Fujishima首先发现二氧化钛电极能光解水产生H₂，由此，二氧化钛作为一种光催化性强、无毒、化学性质稳定、价格低廉的新型光催化剂被国内外学者广泛研究。在实际应用中，二氧化钛受到诸多因素的限制。二氧化钛禁带宽，只对波长小于387.5nm的紫外光响应，严重制约了二氧化钛对太阳光的有效利用；二氧化钛电子-空穴复合速率快，往往还来不及与表面羟基或是水分子、氧气分子反应，自身就发生复合，从而失去活性；二氧化钛光催化性能卓越，但本身吸附能力不佳，光催化效率不高。为了改善二氧化钛的性能，研究者们或利用金属/非金属离子掺杂、半导体复合、贵重金属沉积等方式抑制电子-空穴复合率，扩宽光响应范围；或将二氧化钛负载在吸附剂上，如活性炭、沸石，或者是利用有机聚合粘黏剂将其粘黏在基片上，以吸附污染物，增强降解效果。但在长时间应用中，有机聚合粘黏剂不稳定，会如同污染物一样发生光催化反应而分解。

利用无机-有机复合改性的方式，合成的碳-二氧化钛新型复合材料可以有效抑制电子-空穴的复合，扩展响应光区，又能赋予二氧化钛优异的吸附能力，同时也避免了二氧化钛与粘黏剂的直接接触。实验表明，碳-二氧化钛新型复合材料比表面积大，吸附性好，高温抑制了二氧化钛光催化剂从锐钛矿相向金红石相的转变，减少了颗粒间的烧结，改善了二氧化碳纳米粉体分散性、从而提高了二氧化钛的光催化效率。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种方法简单、生产成本低、且有优异吸附能力和可见光相应催化活性的多孔碳-二氧化钛新型复合材料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明的目的之一是提供一种碳-二氧化钛新型复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在恒温水浴锅中，剧烈搅拌下，将模板剂与无水乙醇均匀的混合液A缓缓滴入钛酸丁酯与抑制剂的均匀混合液B中，再加入1ml去离子水，用浓硝酸或浓氨水调节pH，得到混合液C，继续搅拌0.5～4h；

(2)将(1)中得到的混合液C在室温下放置2～4天后，再置于50～100℃烘箱中干燥；

(3)将(2)中干燥物研磨成粉，用金属箔包裹或放入密闭的容器内，然后利用连续三温区煅烧法煅烧；即得到多孔碳-二氧化钛复合材料。

所述的制备方法，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵或三嵌段共聚物P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)。

所述的制备方法，模板剂与无水乙醇的摩尔比为：十六烷基三甲基溴化铵∶无水乙醇＝1∶50～1∶100；P123∶无水乙醇＝1∶650～1∶3000；

所述的制备方法，抑制剂为乙酰丙酮或冰醋酸，钛酸丁酯与抑制剂的摩尔比为0.25∶1～2∶1。

所述的制备方法，钛酸丁酯与模板剂的摩尔比为：钛酸丁酯∶十六烷基三甲基溴化铵＝1∶0.05～1∶0.5；钛酸丁酯∶P123＝1∶0.009～1∶0.04；

所述的制备方法，恒温水浴锅的温度为10～60℃，搅拌速度为300转/min～1000转/min。

所述的制备方法，步骤(1)中调节的pH范围为3～10。

所述的制备方法，干燥物研磨成粉后用金属箔包裹，金属箔优选锡箔、铝箔、铜箔、铁箔、镍箔、铁镍合金箔；密闭的容器优选用耐高温材料制成的容器。

所述的制备方法，在连续三温区煅烧的条件是：低温区为150～300℃、中温区为300～500℃、高温区为500～700℃，三个温度区分别煅烧0.5～3h。

作为本发明的目的之二，本发明进一步提供根据前述方法制备的碳-二氧化钛新型复合材料在污水处理、空气净化领域中光催化或光电催化降解有机污染物的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明制备方法简单，对设备要求低，能耗低，生产成本低廉，无需在氮气或氩气等惰性气体氛围下煅烧，就能实现碳-二氧化钛新型复合材料的制备。

2、制备的碳-二氧化钛新型复合材料比表面积大，具有多级孔道分布，且将优异的吸附能力和卓越的光催化活性有机的结合在一起，能高效地对有机污染物进行降解，重复利用率高且稳定性强，在污水处理、空气净化领域中具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。