一種鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法
【專利摘要】本發明屬功能材料制備技術領域，涉及一種鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，將乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦,在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行交聯反應，然后在馬弗爐進行熱處理即獲得鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料。本發明工藝簡便易行，純度高，雜質含量低，產品制備成本低，性能優異，可以工業化批量生產。本發明所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化材料使用具有較高的催化活性，在降解染料廢水及室內有害氣體，光催化消毒等領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于功能材料的制備技術領域，具體地說是涉及一種鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料的制備方法。
【背景技術】
[0002 ]鈦酸鎳(Ni T i O3)屬于鈦鐵礦結構的三角晶系，為應用廣泛的無機功能材料，在諸多工業領域中都有應用。鈦酸鎳具有高Q值、低介電常數和良好的聲-光和電-光性質，還具有半導電性和弱磁性，可廣泛用作半導體整流器、碳酸氫鹽的催化劑和表面包覆的染色混合劑。此外，鈦酸鎳還可以在沒有液體潤滑劑的條件下用作高溫降低摩擦和損耗的包覆材料。此外，鈦酸鎳作為一種窄帶隙(2.18eV)的半導體材料，在可見光區有良好的光響應，在光催化方面有著誘人的應用前景。二氧化鈦是化學性質穩定、催化活性高、無毒、價格低廉的光催化材料。但是二氧化鈦的禁帶寬度(3.2 eV)較寬，對于太陽能的利用效率較低。利用兩種光催化材料復合在一起制備成復合材料的方法是提高半導體光催化活性的一種有效途徑。本發明將鈦酸鎳和二氧化鈦復合在一起制備復合納米材料。
[0003]傳統的制備復合納米材料方法，包括固相燒結法、共沉淀法、溶膠凝膠法等。這些過程需要復雜的操作，過高的反應溫度，長時間燒結過程會使顆粒結塊，得到產物沒有固定的形貌。開發有效地控制納米材料的形貌與結構對改善納米材料的光學、催化等性能有著重要的作用。
【發明內容】
[0004]本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種制備成本低，易于操作控制，目的產物收率高，均一性好，且具有較高催化活性的鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料的制備方法，實現了低溫固相煅燒制取復合納米材料粉體的工藝過程。通過多組對比試驗，發現交聯反應在制備工藝中起著重要作用。所制備的鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工藝條件下，60分鐘降解率達到了 96%以上。本發明制備方法同樣可以應用于其它功能材料的化學合成研究，且具有廣闊的應用前景。
[0005]為達到上述目的，本發明是這樣實現的。
[0006]—種鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其將乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行交聯反應，接續高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產物。
[0007]作為一種優選方案，本發明所述的乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1:0.2?5。
[0008]進一步地，本發明所述的乙酰丙酮鎳在醇溶液中摩爾濃度為0.01?1.0mol/Lo
[0009]進一步地，本發明所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0010]進一步地，本發明所述的交聯反應溫度在150?400°C，交聯反應時間為2?8 h。
[0011]更進一步地，本發明所述的高溫反應溫度在600?1000 °C，反應時間為6?24 h。
[0012]與現有技術相比，本發明具有如下特點。
[0013](I)本發明開發了制備鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料新工藝路線，產品粒徑在50?10nm之間。該工藝制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率，可以實現工業化大量生產。
[0014](2)目的產物收率(99.0%?99.6%)，產品純度高(99.6 %?99.8 % )可滿足工業應用領域對光催化材料產品的要求。
[0015](3)本發明制備的目的產物鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料是光催化材料，60分鐘降解率可達到(99.5%?97.0%)，具有較高的催化活性。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。本發明的保護范圍不僅局限于下列內容的表述。
[0017]圖1為本發明的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料SEM圖。
[0018]圖2為本發明的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料SEM圖。
[0019]圖3為本發明的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料SEM圖。
[0020]圖4為本發明的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0021]本發明設計出一種化學制備方法，通過新的化學途徑制備鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料。其光催化性質可以通過光催化降解典型的染料甲基橙進行評估。
[0022]本發明以乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行交聯反應，接續高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產物。
[0023]本發明制備步驟是。
[0024]( I)將乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦，在醇溶液中溶解混合均勻，乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1: 0.2?5;乙酰丙酮鎳在醇溶液中摩爾濃度為0.02?1.0 mo I/L;醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0025](2)將得到的混和溶液在一定溫度下，進行交聯反應，交聯反應溫度在150?400 °C，交聯反應時間為2?8 ho
[0026](3)交聯反應結束，再進行高溫煅燒，高溫反應溫度在600?1000 °C，反應時間為6?24 h，溫度下降至室溫，即得目的產物。
[0027](4)利用所制備的鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度變化。
[0028]參見圖1?3所示，為本發明的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料SEM圖，可以看出產物為均一性較好的納米粒子。圖4為本發明的鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料X射線衍射圖，其中#為鈦酸鎳的衍射峰，*為二氧化鈦的衍射峰。
[0029]實施例1。
[0030]將濃度為0.2 mol/L乙酰丙酮鎳的異丙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.2 mol/L的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行交聯反應，反應溫度在200 ° C，反應時間為4小時，其中乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1:2。交聯反應結束后，接續在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在600 °C，反應時間為24 h。自然冷卻后，即得到目的產物。
[0031 ] 產品粒徑在50?70nm之間，產品的收率為99.6%。產品純度為99.8%，雜質含量:碳小于0.2%。利用所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為99.5%。
[0032]實施例2。
[0033]將濃度為0.2 mol/L乙酰丙酮鎳的甲醇溶液緩慢滴加到濃度為0.2 mol/L的乙酰丙酮鈦的甲醇溶液，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行交聯反應，反應溫度在300° C，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1: 2。交聯反應結束后，接續在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在1000 °C，反應時間為6 h。自然冷卻后，即得到目的產物。
[0034]產品粒徑在60?80nm之間，產品的收率為99.2%。產品純度不低于99.7%，雜質含量:碳小于0.3%。利用所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.5%。
[0035]實施例3。
[0036]將濃度為0.02 mol/L乙酰丙酮鎳的乙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.02 mol/L的乙酰丙酮鈦的乙醇溶液，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行交聯反應，反應溫度在150 °C，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1:2。交聯反應結束后，接續在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在1000 °C，反應時間為6 h。自然冷卻后，即得到目的產物。
[0037]產品粒徑在60?70nm之間，產品的收率為99.5%。產品純度不低于99.6%，雜質含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為97.8%。
[0038]實施例4。
[0039]將濃度為0.1 mol/L乙酰丙酮鎳的異丙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.1 mol/L的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行交聯反應，反應溫度在400° C，反應時間為4小時，其中乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1: 2。交聯反應結束后，接續在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在800 °C，反應時間為10 h。自然冷卻后，即得到目的產物。
[0040]產品粒徑在80?10nm之間，產品的收率為99.5%。產品純度不低于99.7%，雜質含量:碳小于0.3%。利用所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為99.4%。
[0041 ] 實施例5。
[0042]將濃度為0.02 mol/L乙酰丙酮鎳的乙二醇溶液緩慢滴加到濃度為0.02 mol/L的乙酰丙酮鈦的乙二醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行交聯反應，反應溫度在300 °C，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1:2。交聯反應結束后，接續在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在1000 °C，反應時間為12 h。自然冷卻后，即得到目的產物。
[0043]產品粒徑在60?10nm之間，產品的收率為99.5%。產品純度不低于99.6%，雜質含量:碳小于0.4%。利用所制備的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為97.0%。
[0044]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種鈦酸鎳/ 二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于，將乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行交聯反應，接續高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產物。2.根據權利要求1所述的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈦的摩爾比為1:0.2?5。3.根據權利要求2所述的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鎳在醇溶液中摩爾濃度為0.02?1.0 mol/Lo4.根據權利要求3所述的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。5.根據權利要求4所述的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的交聯反應溫度在150?400 °C，交聯反應時間為2?8 ho6.根據權利要求5所述的鈦酸鎳/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的高溫反應溫度在600?1000 °C，反應時間為6?24 h。
【文檔編號】B01J23/755GK105905940SQ201610222104
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發明人】許家勝, 艾慧婷, 張 杰, 張霞, 王莉麗, 王琳, 孫譽東, 李閣, 唐爽, 丁亮, 車昕彤, 劉嬌, 邢錦娟, 張艷萍, 劉琳, 錢建華
【申請人】渤海大學