[发明专利]生产新纳米材料的方法

说明书

本发明涉及一种制备新纳米材料的方法，所述新纳米材料的80‑100摩尔％由TiO₂组成且0‑20摩尔％由另一种金属或半金属氧化物组成，其具有100‑300m².g^‑1的比表面积且每nm²具有1‑3个羟基的。

技术领域

本发明涉及制备纳米材料的方法，由此获得的纳米材料及其用途，特别是在光催化中的用途。

背景技术

由于其特殊性能，人们对纳米晶体材料越来越感兴趣。钛氧化物是特别用于降解有机污染物的优良催化剂，并且目前被广泛使用。

钛氧化物具有三种不同性质的晶体结构，即：锐钛矿、金红石和板钛矿。三种构型中仅有金红石一种是稳态的[1]，锐钛矿是亚稳态的[1]。由于合成困难，在光催化中很少遇到板钛矿[2]。

一般而言，锐钛矿具有比金红石更高的光催化活性。虽然吸收太阳光的能力略低，但是锐钛矿具有更大的比表面积(或吸附表面积)、更多的表面羟基和更低的电荷复合比[3]。

当不添加添加剂(盐、强酸等)时，通常通过在高温(700℃)下将获得的材料煅烧几个小时来获得锐钛矿结构[4]。在使用UV光的光催化中，锐钛矿具有相当的活性。另一方面，在可见光下，它的光催化性能要低得多。已经做出许多努力来改进可见光下锐钛矿的性能，例如通过接枝金属纳米颗粒。

几项研究[5][6]描述了在强有机介质中合成Ti/SiO₂杂化材料，然后在高温下进行热处理。所得材料表现出明显增加的光催化活性，因为可用比表面积、吸水量和其中的羟基数量会增加。但是，有机溶剂的使用和热处理所需的能量消耗形成了生态上不可忽略的缺点。

因此，仍然需要在自然光和UV光下具有良好的光催化性能的稳定的新纳米材料。

因此，本发明的一个目的是公开这样的纳米材料。

本发明的另一个目的是获得制备这种纳米材料的方法。

发明人的功劳在于，经过大量研究并且完全出乎意料地，他们发现可以制备具有大比表面积和增加数量的羟基的氧化钛和杂化氧化物而无需使用有机溶剂。

发明内容

因此，本发明的一个目的涉及一种制备纳米材料的方法，所述纳米材料具有100-300m².g^-1的比表面积且每nm²具有1-3个羟基，并且含有80-100摩尔％TiO₂和0-20摩尔％特别选自SiO₂、ZrO₂、WO₃、ZnO、Al₂O₃和Fe₂O₃(例如选自SiO₂和ZrO₂)的另一种金属或半金属氧化物，所述方法包括以下步骤：

a)从氧化钛前体或氧化钛前体与另一种氧化物的前体的混合物开始合成由80-100摩尔％的TiO₂和0-20摩尔％的另一种氧化物组成的材料，在选自聚氧乙烯二醇的烯基醚和泊洛沙姆的非离子表面活性剂存在下，该合成在pH为0-1的水性介质中于40-95℃的温度下进行；

b)通过以下步骤从前一步合成的材料中去除表面活性剂：

b1)通过用二价金属盐水溶液和氨水溶液洗涤含有表面活性剂的材料来制备金属化材料，

b2)首先回收该金属化材料，其次回收洗涤溶液，

b3)用无机酸处理该金属化材料以从材料中除去金属，

c)首先回收没有表面活性剂的纳米材料，其次回收残留溶液。