[发明专利]一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO4

说明书

本发明涉及一种以细菌纤维素作为模板ZrTiO₄纳米管光催化剂的制备，包括步骤：细菌纤维素的预处理、ZrTiO₄纳米管的制备。本发明的有益效果是：该制备方法较为简单，制备条件容易控制，所制备的ZrTiO₄纳米管催化剂具有无二次污染，光催化效率高等优点，具有一定的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种以细菌纤维素为模板的ZrTiO₄纳米管制备方法，属于光催化技术领域。这种光催化剂能有效调变TiO₂的管状结构，研究其独特的构效关系，从而提高光催化效率。

背景技术

为了实现光催化技术的进一步发展，新型光催化材料的研发迫在眉睫。尤其是能够开发出超越传统二氧化钛的新一代光催化材料。传统二氧化钛虽然具有独特的优势(例如稳定性好，低毒性，低成本，光激发空穴氧化性强)，但也有着明显的局限性，例如可见光活性差，光激发电子还原性弱。出于这个原因，通过形貌、表界面性质等的调控，寻找具有优异电子性能的新型氧化物具有极大的研究意义。

钛酸锆(ZrTiO₄)是一种含有等量钛和锆四价离子的氧化物。尽管TiO₂的光催化性能已经研究了40多年，但对ZrO₂的研究仍然相对较少。最近这种具有大带隙值的氧化物被掺杂不相容元素，已经在光催化中被证明具有一定的应用潜力。

钛酸锆(ZrTiO₄)、ZrTi₂O₆和硅斑石是ZrO₂-TiO₂相中唯一稳定的几个三元化合物。它们具有相同的结构(斜方Pbcn)，这与通过三配位氧连接的TiO₆八面体晶体结构非常相似。值得注意的是，ZrTiO₄相在1200℃以上也稳定。因此，研究和开发这种新型的复合光催化剂是十分有意义的。

木醋杆菌产生的细菌纤维素纤维在许多方面优于植物纤维。它的结构类似于植物纤维素的结构，但是由宽度小于100nm的微原纤维带组成，它具有纳米级别的尺寸、极其发达的比表面积，且兼备力学性能、高温稳定性，这些都使之成为良好的模板剂选择对象。本申请书中，生物质基材料细菌纤维素首次被用来制备ZrTiO₄纳米管。合成的ZrTiO₄管径约在100nm左右，管壁较薄，比表面积较大，是具有前景的光催化降解材料。

发明内容

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：以生物质细菌纤维素做模板制备ZrTiO₄纳米管，具体方法按照下述步骤进行：

(1)细菌纤维素处理：细菌纤维素水凝胶由桂林奇宏科技有限公司提供，并对其进行再处理。将细菌纤维素水凝胶在NaOH水溶液中纯化，除去膜中的细菌和残余反应物，然后使用去离子水水洗至pH＝7.0。将水洗后的细菌纤维素剪成小块浸没到液氮中，进行冷冻干燥，获得具有分层结构的细菌纤维素气凝胶。；

(2)ZrTiO₄纳米管的制备：将钛酸四丁酯、丙醇锆加入到异丙醇中，再将细菌纤维素浸没其中，静置，使ZrTiO₄的前驱体溶液附着在纤维的表面。向体系中加入水，常温下静置5h完成水解过程。取出产物，水洗数次，放入烘箱中烘干。将产物在700℃下，热解1小时，得到ZrTiO₄纳米管。为了对比，在不加入细菌纤维素模板剂的情况下，经过相同的过程制备出ZrTiO₄粉末。

进一步地，所述的步骤(1)中NaOH溶液的浓度是1M，温度是90℃。

进一步地，所述的步骤(1)中冷冻干燥的时间为12h～48h。

进一步地，所述的步骤(2)中钛酸四丁酯、丙醇锆、异丙醇分别以体积比 3：5：7混合形成的前驱体溶液。