[发明专利]线性钛氧聚合物及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种线性钛氧聚合物及其制备方法和用途。其制备过程包括以下步骤：1)将钛酸酯加入至反应容器中，在50～90℃下，加入螯合剂，加热搅拌0.5～1.5h；2)在50～90℃下缓慢滴入水和醇的混合溶液，然后在80～110℃搅拌1.5～4h，降温后减压除去溶剂得到钛氧聚合物。该钛氧聚合物有两个显著特点：一是钛氧聚合物易溶于溶剂中，可做为表面改性剂，成膜性好；也可做为TiO₂的来源制备多孔纳米TiO₂光催化剂，大大提高光催化比表面积，显著改善光催化效果。

技术领域

本发明涉及线性钛氧聚合物，其制备方法及其在制备多孔纳米TiO₂光催化剂中的用途。

背景技术

近年来，随着全球工业化进程的加速，环境污染问题日益严重，环境治理已受到世界各国的广泛重视，其中政府在环境治理方面投入了巨大的人力、物力和财力对环境净化材料和环境净化技术的研究和产业化提供支持，其中，光催化材料和光催化技术占有重要的地位。TiO₂是一种常用的光催化剂，具有活性高、稳定性好，几乎可以无选择地将有机物进行氧化，不产生二次污染，对人体无害，价格便宜等诸多优点，成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化剂。

学者们在TiO₂光催化剂的制备方面进行了诸多研究。液相法是常用的合成方法，包括溶胶-凝胶法、液相沉淀法、水热合成法和微乳液法等，其中溶胶-凝胶法是近年来制备纳米TiO₂光催化剂最常用的方法，主要通过低温手段控制材料的显微结构，该法是以有机钛醇盐或者无机钛盐为原料经充分水解和缩聚制成纳米级稳定均匀分散的TiO₂溶胶，溶胶再进一步陈化成凝胶，最终通过干燥、烧结得到TiO₂粉体。

钛酸酯是溶胶凝胶法制备二氧化钛粉体的常用原料，因其水解太剧烈，常加入冰醋酸、二乙醇胺、乙酰丙酮等控制水解速度，抑制沉淀的生成。在乙醇介质中，在酸性或碱性条件下，钛酸酯的水解和缩聚反应为：

水解：Ti(OR)₄+xH₂O-→Ti(OH)_x(OR)_4-x+xROH

聚合：(RO)₃TiOH+HOTi(OR)₃-→(RO)₃Ti-O-Ti(OR)₃+H₂O

(RO)₃TiOH+ROTi(OR)₃-→(RO)₃Ti-O-Ti(OR)₃+ROH

反应最后生成网络状的大分子

脱水得到TiO₂

在溶胶凝胶反应中，冰醋酸、二乙醇胺、乙酰丙酮起到配体的作用，首先配体与钛酸酯反应生成聚合物，聚合物在水中进一步发生水解缩聚反应，因此配体的加入能够延缓钛酸酯直接与水发生的水解缩聚反应；加入酸碱控制溶液的pH值是为了控制水解缩聚反应，控制凝胶形成的时间；乙醇一方面可以抑制水解的反应，同时还会发生酯醇解反应，随着乙醇用量的增加，凝胶形成的时间延长，进一步说明随着乙醇用量的增加，钛酸酯的浓度相对减小，在一定程度上抑制了其水解反应的发生；水解温度升高时，形成凝胶的时间变短，这是因为水解温度越高，水解速度越块；水解温度越高，缩聚反应产物碰撞频率增加粒子团聚生长的几率增大，凝胶生成的时间大大缩短。综上分析，在溶胶凝胶反应中，需要加入配位剂，加入酸碱控制溶液的pH值，加入一定量的乙醇控制好水解缩聚的速度，同时也控制好反应的温度。为了使凝胶生成的时间延长，反应通常均是在室温下进行。