[发明专利]一种高度多孔的二氧化钛膜光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体而言，涉及一种高度多孔二氧化钛膜光催化剂的制备方法。特别涉及到一种利用模板包埋蛋白质法制备二氧化钛膜材料的方法。

背景技术

高度多孔二氧化钛材料已经被广泛地应用于各种科学和工业领域中，如，催化剂，传感器，电极以及用于分离的材料。目前，二氧化钛材料的性能与其孔结构具有很大的相关性，这些孔结构包括宏观孔尺寸，孔隙率及比表面积。然而，控制二氧化钛膜材料的上述性能仍然有困难，特别是在大孔形成方面。二氧化钛前体快速溶胶—凝胶反应障碍使材料难以具备期望的孔结构。为了克服这个问题，在生产高度多孔二氧化钛膜材料上进行了很多尝试。

传统的方法通过使用一种分离相的溶胶-凝胶技术得到双峰多孔二氧化钛整料。然而，由于孔隙率与溶胶-凝胶的状态之间存在一种复杂的相互关系，溶胶-凝胶系统的轻微变化常常会导致材料孔结构剧烈的变化。寻求最佳实验条件需要大量时间，且效果不好。因此，探索另一种方法用于制备期望孔隙二氧化钛材料是非常有必要的。

模板技术法可合成所需形态和微结构的二氧化钛膜，此方法可以满足材料在结构上的需求。模板辅助制造过程中，以所需的形态的模具作为模板，模具的形态被反向传输到最终材料的形态中去。该模板与无机前体材料相接触，然后把材料填充进模板。当无机前体材料完全填充，将模板移除产生的分级多孔结构类似于原始模板。该技术的显著特征在于，溶胶-凝胶系统对多孔结构的影响较小，而模板结构则决定了最终材料的多孔结构。因此，该研究的重点在于选择适当的模板。尽管此方法在制造过程中较复杂，模板技术仍然较传统材料制造方法有优势。

在模板选择方面，多糖结构的模板在生产各种无机多孔材料上被广泛的应用。多糖结构模板的普及得益于它在自然条件下的广泛存在，容易获取，有丰富的多孔结构，并且易于处理。到目前为止，以多糖作为模板已经合成出了多种多孔二氧化钛膜。然而，这种二氧化钛膜存在一定的缺陷。例如，由溶胶-凝胶涂层方法得到的多孔二氧化钛膜易于破裂成碎片。这是因为模板的框架用薄的二氧化钛膜涂覆，这导致框架易于破裂。然而，用溶胶-凝胶浇筑法形成的二氧化钛材料具有优异的机械强度，但高度损害了其大孔性，因为二氧化钛前体填充了模板的间隙，并进一步浓缩成高度致密的二氧化钛材料。所有的缺点可以归因于该多糖由薄的固含量较低的纤维构成，这导致溶胶-凝胶法不适合形成高度多孔的二氧化钛材料。如果使用由模板形成孔的方法，使用加宽的高固含量的纤维构造的模板是克服这个障碍的一种有效的方法。

受此启发，我们在纤维素纤维表面吸附蛋白质，获得一种硬模板。由于所得到的模板具有宽度大、固含量高的纤维层，使用该新颖的模板通过溶胶-凝胶工艺制造的二氧化钛材料具有较好的双峰孔结构和高的机械强度。多孔二氧化钛膜可作为亚甲基蓝的催化剂。我们知道，这是首次报道多孔的二氧化钛材料应用在此领域，这项工作将有助于其他具有高度多孔无机材料的合成。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的溶胶-凝胶涂层方法得到的二氧化钛膜易于破碎、溶胶-凝胶浇筑法形成的二氧化钛膜孔结构易于被破坏等缺陷，提供一种新二氧化钛多孔膜材料合成方法。本发明所述的方法在纤维素表面附蛋白质，获得一种硬模板。由于所得到的模板具有宽度大、固含量高的纤维层，通过溶胶-凝胶工艺制造的二氧化钛膜材料具有较好的双峰孔结构和较高的机械强度。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种高度多孔二氧化钛膜光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

⑴将微晶多糖溶胀于蒸馏水中，加入碱溶液低温搅拌；溶解完成后，将多糖溶液倒入模具中由无机酸在10摄氏度下生成凝胶；凝胶与DEAE-盐酸溶液混合，并随后转移到碱溶液中；2小时后，用离子化水冲洗，最后用Tris-HCl缓冲液再平衡。

⑵将平衡凝胶与BSA溶液和无机盐溶液混合于烧瓶中，将烧瓶密封，在孵化器中轻微摇动到吸附平衡，得到BSA包埋多糖凝胶。

⑶将BSA包埋多糖凝胶切成方块状，进行冷冻脱水干燥；将冷冻干燥的多糖凝胶浸泡在钛酸四异丙酯酒精溶液中过夜；用脱水乙醇对钛酸四异丙酯饱和多糖凝胶进行漂洗，然后在空气中干燥；最后，用高温流动空气通过管消声器焙烧炉对模板二氧化钛混合片进行煅烧，得到多孔二氧化钛网。

在上述技术方案中,高度多孔二氧化钛膜光催化剂的制备方法，其特征在于所述多糖为纤维素、葡聚糖、琼脂中的一种。