專利名稱：一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法
技術領域：
本發明涉及一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法， 屬于納米材料制備技術領域。
背景技術：
光催化是一種新興的環境凈化技術。納米二氧化鈦光催化可以有效地氧化或還原吸附在其表面上的有害分子，殺滅細菌，抑制病毒，并能將有害有機物、細菌等轉化為水和二氧化碳等無害物質，且沒有任何二次污染。TW2的晶型、晶粒大小和粒徑、表面態等因素對其光催化性能有較大的影響。表面積大的納米粒子由于其表面效應和體積效應，決定了它具有好的催化活性和選擇性。納米T^2由于其量子尺寸效應使其導帶和價帶能級變成分立能級，能隙變寬，導帶電位變的更負，而價帶電位變的更正，TiO2具有更強的氧化和還原能力；又因為納米粒子的粒徑小，光生載流子比粗顆粒更加容易從粒子內部遷移到表面， 明顯減小了電子與空穴的復合幾率，也有利于提高光催化性能。制備比表面積大、粒徑小的 TiO2已成為光催化領域研究的焦點。最近文獻報道鐠摻雜的TW2具有大的表面積和小的粒徑，在光催化中表現出優越的光催化能力。但是目前鐠摻雜TiA的制備主要是通過ft·和Ti的前驅體共水解來實現。 如沉淀法，微乳液法等，由于二氧化鈦超細顆粒具有大的表面活性，在干燥、熱處理階段均容易產生團聚、燒結，從而使合成的納米粒子的粒徑增大，而且這些方法存在試劑成本高、 設備要求苛刻等缺點。
發明內容
為解決納米級二氧化鈦的團聚和燒結問題，本發明提供阻止納米級二氧化鈦在制備過程中的團聚和燒結的一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法。技術解決方案本發明包括如下制備方法(1)將炭黑和蒸餾水按質量比為0.8 1.2 4混合形成體系A，將無水乙醇和體系A中所含蒸餾水的體積比為0.9 1.2 2的比例量取無水乙醇，加入到體系A中，攪拌 1 池，超聲波震蕩1 池，得炭黑、乙醇、水混合體系B ；(2)將鈦酸四異丙酯和混合體系B中所含炭黑按質量比為0. 6 1. 4 1的比例量取鈦酸四異丙酯，再將所量取的鈦酸四異丙酯和異丙醇按體積比為0.8 1.2 1的比例量取異丙醇，加入到鈦酸四異丙酯，混合攪拌10 20min，得鈦酸四異丙酯和異丙醇的混合溶液C ；(3)配置濃度為0. Olmol/L的硝酸鐠溶液，按鐠離子和混合溶液C中所加鈦離子摩爾比為0. 07%的百分含量量取濃度為0. 01mol/L的硝酸鐠溶液，滴加到混合體系B，得鐠混合溶液D ；
(4)用醋酸調鐠混合溶液D的pH值為1 2，得溶液E，在冰水浴攪拌的條件下將溶液E滴加到混合溶液C中，滴加完畢后，撤下冰水浴，常溫攪拌5 他，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，溫度140°C 160°C，攪拌8 14h后冷卻至室溫，所得炭吸附沉淀物用去離子水洗滌后，溫度80 100°C的條件下干燥3 5h，以10 20°C /min的升溫速度升溫至500 800°C焙燒2 4h，得高熱穩定性納米二氧化鈦。醋酸為冰醋酸。溶液E的PH值為2。本發明由于在蒸餾水和酒精溶液中加入適當的炭黑，作為強的吸附劑，滴加鈦酸四異丙酯和異丙醇的混合溶液，溶液中一旦形成納米顆粒，被炭黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥階段產生團聚。當溫度升高到400°C時，炭吸附的Ti (OH)4形成炭吸附TW2納米粉末，此時炭黑未被氧化，防止了 TiO2納米粉末在焙燒階段的燒結。當溫度升高到600°C時， 炭黑已被氧化，此時TW2納米粉末已被炭黑阻隔分散均勻，減少了在高溫條件下TiA納米粉末的燒結。因此TiA納米粉末實際上是沉淀和炭吸附耦合的“濕”過程與“干”過程相結合的產物。本發明效果本發明在反應液中加入適當的碳黑，作為強的吸附劑，溶液中一旦形成納米顆粒，被碳黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥、焙燒階段的團聚，加入炭黑400°c 焙燒lh，再升高溫度焙燒至炭黑完全氧化，提高了納米二氧化鈦由銳鈦礦型向金紅石相的轉變溫度，轉變溫度提高到900°c，從而提升了銳鈦礦型納米二氧化鈦的熱穩定性和結晶度，合成出具有較小粒徑和粒徑分布較集中的T^2納米粒子，具有較高的光催化活性。
圖1為具體實施方式
所得炭吸附二氧化鈦試樣經800°C焙燒溫度燒結后的XRD譜圖。圖2為具體實施方式
所得炭吸附二氧化鈦試樣經焙燒溫度為500°C燒結后的SEM 圖。
具體實施例方式實施例制備鐠和二氧化鈦摩爾比為0. 07%的二氧化鈦粉體(1)配置濃度為O.Olmol/L的硝酸鐠溶液，取2.5g炭黑，取1. 18ml硝酸鐠溶液、 8. 82ml蒸餾水和20ml無水乙醇混合，攪拌、超聲波震蕩共lh，在用醋酸調節，使的該體系的 PH值為2，得混合體系A ；(2)取5ml鈦酸四異丙酯和5ml異丙醇混合攪拌lOmin，得溶液B ；(3)在冰水浴攪拌的條件下將溶液B緩慢地滴加到混合體系A中，滴加完畢后，撤下冰水浴，常溫密封攪拌他。然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在150°C，磁力攪拌下水熱1 后冷卻至室溫，所得炭吸附沉淀物經減壓蒸餾、多次洗滌、再經干燥和研磨后以10 20°C /min的升溫速度升溫至500°C焙燒4h，制得比表面積為76. 30m2/g銳鈦型納米級鐠摻雜二氧化鈦粉體。本發明在反應液中加入適當的碳黑，作為強的吸附劑，溶液中一旦形成納米顆粒， 被碳黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥、焙燒階段產生團聚。其效果本發明制得的納米二氧化鈦，由圖1可知，在800°C高溫條件下熱處理未見金紅石相產生，說明采用炭吸附能顯著提高銳鈦礦型二氧化鈦的轉變溫度，從而提高其熱穩定性；與degussa氣相法合成的納米二氧化鈦(TW2 P25)相比，500°C焙燒池炭吸附納米二氧化鈦比表面積為76.30m2/ g，而納米二氧化鈦(TW2 P25)比表面積約為50m2/g，比表面積增加約^m2/g。同時，由圖2 可知，本發明制得的納米二氧化鈦，結晶度高，比表面積大，粒徑小，采用炭吸附法生產成本低，便于進行大規模納米二氧化鈦的生產。
權利要求
1.一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法，其特征在于， 方法步驟如下(1)將炭黑和蒸餾水按質量比為0.8 1.2 4混合形成體系A，將無水乙醇和體系A 中所含蒸餾水的體積比為0.9 1.2 2的比例量取無水乙醇，加入到體系A中，攪拌1 池，超聲波震蕩1 池，得炭黑、乙醇、水混合體系B ；(2)將鈦酸四異丙酯和混合體系B中所含炭黑按質量比為0.6 1. 4 1的比例量取鈦酸四異丙酯，再將所量取的鈦酸四異丙酯和異丙醇按體積比為0.8 1.2 1的比例量取異丙醇，加入到鈦酸四異丙酯，混合攪拌10 20min，得鈦酸四異丙酯和異丙醇的混合溶液C ；(3)配置濃度為0.Olmol/L的硝酸鐠溶液，按鐠離子和混合溶液C中所加鈦離子摩爾比為0. 07 %的百分含量量取濃度為0. 01mol/L的硝酸鐠溶液，滴加到混合體系B，得鐠混合溶液D ；(4)用醋酸調鐠混合溶液D的pH值為1 2，得溶液E，在冰水浴攪拌的條件下將溶液 E滴加到混合溶液C中，滴加完畢后，撤下冰水浴，常溫攪拌5 他，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，溫度140°C 160°C，攪拌8 14h后冷卻至室溫，所得炭吸附沉淀物用去離子水洗滌后，溫度80 100°C的條件下干燥3 5h，以10 20°C /min的升溫速度升溫至500 800°C焙燒2 4h，得高熱穩定性納米二氧化鈦。
2.根據權利要求1所述的炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法，其特征在于，醋酸為冰醋酸。
3.根據權利要求1所述的炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法，其特征在于，溶液E的pH值為2。
全文摘要
本發明涉及一種炭吸附鈦酸四異丙酯水解體系鐠摻雜納米二氧化鈦合成的方法，屬于納米材料制備技術領域。本發明防止了超細二氧化鈦易團聚、燒結的問題，同時提高了銳鈦礦型二氧化鈦的熱穩定性和光催化活性。方法如下用鈦酸四異丙酯、硝酸鐠、炭黑為原料，將異丙醇和鈦酸四異丙酯的混合溶液緩慢地滴加到用醋酸調節pH值為2的炭黑、乙醇、硝酸鐠的水溶液體系中。混合常溫攪拌后倒入反應釜中，水熱反應所得炭黑吸附的沉淀物經減壓蒸餾、干燥、研磨和煅燒，得到高熱穩定性鐠摻雜的納米二氧化鈦。本發明具有工藝簡單、操作簡便、反應條件溫和、產率高；得到的產品結晶度高，比表面積大，粒徑小，光催化性能好的特點。
文檔編號B01J23/10GK102500353SQ20111027935
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者介瑞華, 安勝利, 趙永旺, 郭貴寶, 魏洪培 申請人:內蒙古科技大學