[发明专利]一种制备介孔混相TiO2纳米晶的方法

说明书

本发明公开了一种制备介孔混相TiO₂纳米晶的方法，属于光催化剂材料制备领域，具体涉及一种低温条件下制备具有可见光催化活性的介孔混相TiO₂纳米晶的方法，该方法得到的二氧化钛纳米晶具有较大的比表面积、可见光催化效率较高等优点，可应用于光催化污水处理等领域。

技术领域

本发明属于光催化剂材料制备领域，具体涉及一种低温条件下制备具有可见光催化活性的介孔混相TiO₂纳米晶的方法。

背景技术

随着工业发展和人口的不断增长，有机污染物所引起的环境问题已经成为影响社会发展和人类生活的全球性问题。因此，污水处理有机污染物已经引起了人们的广泛关注。传统的解决方法主要有物理吸附、微生物处理等，但这些方法存在着成本高、效率低、二次污染等缺点，对实际应用有很大的局限性。1976年，Carey等报道了在紫外光照射下，纳米TiO₂光催化降解有机化合物多氯联苯的水处理技术，开创了纳米TiO₂光催化降解污水的先河。

二氧化钛因其具有高效的光催化活性、较好的化学稳定性、安全无毒，易于生产，不产生二次污染等优点，被广泛应用于水和空气污染物的处理。二氧化钛作为光催化剂，在紫外或者可见光下，可以将溶于水的有机污染物分解成二氧化碳、水和其它小分子；当二氧化钛所吸收的光的能量≥3.2 eV时，价带的电子会获得光子的能量而跃迁至导带形成带负电荷的光生电子(eˉ)，而价带上相应的生成带正电荷的空穴(h+)，二氧化钛表面的光生电子(eˉ)容易被水中溶解的氧等氧化性物质所捕获，而空穴(h+)则可氧化二氧化钛表面吸附的有机物或者先将TiO₂表面的OHˉ和H₂O分子氧化成·OH，·OH的氧化能力是水体系中最强的，可以将溶解在水中的大部分的有机污染物分解为CO₂，H₂O等无害物质。但目前，在TiO₂材料的研究中，还存在一些制约其现实应用的因素，如:(1)光生电子-空穴的复合率高，量子产率低；(2)TiO₂光吸收波段在紫外光范围，无法有效利用可见光；(3)制备过程复杂等。

很多研究表明，采用有机染料光敏化、贵金属沉积、掺杂、多种半导体复合等方法对二氧化钛进行改性，可以提高光子的利用率以及降低光生电子-空穴的复合几率,但是这些方法存在反应稳定性低及制备过程繁琐等缺陷。而二氧化钛基光催化剂中，锐钛矿/金红石混相二氧化钛比单一晶型的锐钛矿和金红石具有更高的光催化活性，这是因为混晶结构中，不同晶型TiO₂颗粒具有不同的能带位置，在光催化过程中，光生电子由锐钛矿向金红石转移抑制了光生电子-空穴对的重合，从而使光生电子-空穴有效分离。另外，由于不同晶型的TiO₂在结构基元连接的过程中形成的缺陷增多，俘获光生电子和空穴的陷阱增多，从而增大了光催化效率，而且混相TiO₂制备工艺相对简单、成本低廉；在已知的混相二氧化钛中，P25因为具有较强的光催化活性而应用于工业生产，但是由于它比表面积比较低，复杂的制备过程以及可见光下较低的催化活性限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，本发明提供了一种在低温条件下制备具有可见光催化活性的介孔混相TiO₂纳米晶的方法，该方法得到的二氧化钛纳米晶具有较大的比表面积，具体工艺步骤如下：

(1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中配置成溶液，所述将钛酸四丁酯与无水乙醇的体积比为1:1-1:5。

(2)将醋酸或醋酸和盐酸的混合物溶于无水乙醇和水的混合液体中配置溶液；所述醋酸与无水乙醇、水的体积比为1:0:1-1:4:1，所述醋酸和盐酸 (36-38％)的体积比为1:0-1:1。

(3)将步骤(2)所得溶液滴入步骤(1)所得的溶液中，空气中室温搅拌3-48小时，然后空气中室温静置6-12小时进行陈化；