[发明专利]梭形介晶TiO2

说明书

本发明公开了一种由表面富含羟基的TiO₂梭状介晶形成的复合光催化剂及其制备方法。在一优选实施方式中，以钛酸正丁酯(TBOT)作为钛源、醋酸作为溶剂，并在反应体系中加入微量的硝酸，然后采用溶剂热法制得表面富含羟基的TiO₂梭状介晶。本发明在不另外添加任何模板、助剂的基础上制备出TiO₂梭状介晶，并通过加入微量硝酸，有效地提高了晶体表面的羟基含量，提高了其光降解甲醛的速率。本发明操作简单，一步完成，经济环保；在构建富含羟基的表面时，仅通过加入微量的硝酸，用量少，但改性效果明显。制备的产物在模拟太阳光条件下高效降解甲醛，活性高。

技术领域

本发明涉及一种由表面富含羟基的TiO₂梭状介晶形成的复合光催化剂、其制备方法及其用途。本发明的复合光催化剂可以用于光催化净化空气中的污染物和有机污染物光降解领域，特别是环境中的甲醛。

技术背景

采用TiO₂作为光催化剂降解空气中的污染物具有以下优势：TiO₂化学性质稳定，价格低廉，毒性小；只需要光照，即能激发反应发生；产物为无毒的H₂O和CO₂。但TiO₂有两个局限：禁带宽度较大(3.2ev)，只能利用太阳光中紫外光；其次，光生电子和空穴的复合率较高，因此量子产率较低。

TiO₂介观晶体(简称TiO₂介晶)是指由TiO₂纳米晶定向组装形成的超结构，具有许多独特的性质，如高的结晶度、多孔性、类单晶等。因此，采用TiO₂介观晶体的形貌来提高其光催化性能是一条可行的思路。例如，CrystEngComm杂志2010年12卷2073-2078页的文章Organic Small Molecule-Assisted Synthesis of High Active TiO₂ Rod-LikeMesocrystals中，将棒状TiO₂介晶应用于甲基橙的降解中，结果发现制备的棒状介晶较商业P25具有更高的催化性能。 Nanoscale杂志2011年3卷1910-1916页的文章Synthesis ofRecrystallized Anatase TiO₂ Mesocrystals with Wulff Shape Assisted byOriented Attachment则报道了TiO₂介晶较P25具有更高的结晶度和比表面积，从而对罗丹明B具有更高的光降解作用。

但TiO₂介观晶体的制备过程往往比较复杂，需要依靠无机模板或者有机助剂。中国专利201110128919.5发明了一种棒状金红石型TiO₂介晶的制备方法，该纳米棒状金红石TiO₂介晶由3-5nm的超细纳米线组成，其长度为200-300nm，直径为50-80nm；其制备方法是将TiO₂与氢氧化钾溶液混合，高温条件下反应后2-4天，然后采用稀硝酸洗涤，需要搅拌5-15天。从上述的制备方法中不难看出该方法实施过程中会产生大量的酸性和碱性的废液，不够环保，并且费时费力。中国专利201410276619.5则以钛酸正丁酯为钛源，乙酸为溶剂，苯甲酸为表面活性剂，制备尺寸可控的球形钛矿型TiO₂介晶，其颗粒平均尺寸为230-270nm。