一種凈化空氣的晶體多孔復合二氧化鈦的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化技術領域，尤其是涉及一種用于凈化空氣的晶體多孔復合二氧化鈦及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來我國空氣環境持續惡化，霧霾沙塵暴等極端惡劣天氣的出現使得人們對大氣污染越發重視。近年來開發了許多高效的空氣凈化技術，其中以二氧化鈦為代表的光催化劑具有低成本，環境友好等杰出優點，因此相對應的光催化技術也極具應用前景。當污染物濃度低時吸附速率會成為限制條件，而室內污染物濃度很低(PPb級別)，因此催化劑的吸附速率限制了材料的凈化效率。為了提高二氧化鈦光催化劑對低濃度的吸附能力，需要開發具有微孔結構的微孔二氧化鈦，增強其吸附性能，但同時微孔會導致材料產生大量缺陷，結晶度差，呈無定型結構，光學活性差。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的上述問題，本申請人提供了一種凈化空氣的晶體多孔復合二氧化鈦的制備方法。本發明材料同時具有較好的結晶度和較豐富的微孔結構，可以高效吸附-光催化降解低濃度有機污染物。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]—種晶體多孔復合二氧化鈦材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0006](I)將鹽酸與四氯化鈦混合，其中氯化氫與四氯化鈦的摩爾比是1:20?30;
[0007](2)將質量為與步驟(I)所得溶液的質量之比為1:5?100的晶體二氧化鈦投加到步驟(I)所得溶液中，形成二氧化鈦懸濁液，50?100°C水浴攪拌0.5?1h;
[0008](3)將步驟(2)所得懸濁液離心或過濾，所得固體水洗至pH值為6?8，并自然風干或烘干；
[0009](4)將步驟(3)所得固體粉末在350?700°C加熱I?300min，得到種晶二氧化鈦固體粉末；
[0010](5)在激烈攪拌條件下，將步驟(4)所得的種晶二氧化鈦固體粉末加入到無水乙醇中，形成濃度為I?50g/L的懸池液，懸池液攪拌0.5?2h ；
[0011 ] (6)將十二胺加入到步驟(5)所得懸池液中，形成十二胺濃度為0.1?6mmol/L的混合液；
[0012](7)將鈦酸丁酯加入到無水乙醇中形成濃度為I?500mmol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液；
[0013](8)將步驟(7)所得的鈦酸丁酯乙醇溶液與步驟(6)的懸濁液按照1:0.5?2的體積比混合均勻；
[0014](9)激烈攪拌下，向上述步驟(8)得到的混合溶液中加入水攪拌I?3h，水與混合溶液體積比為0.5?4:3;
[0015](10)將步驟(9)得到的溶液加入到反應釜，70?100°C水熱反應I?48h，自然降溫并離心或過濾；
[0016](11)將步驟(10)離心或過濾后得到的固體加入到乙醇-鹽酸溶液中攪拌反應I?4h，離心或過濾并棄上清液;其中乙醇-鹽酸溶液與固體的質量比10?200:1;
[0017](12)重復步驟(11)的操作2?4次；
[0018](13)將步驟(12)離心或過濾后得到的固體水洗至pH值為6?8，離心或過濾，自然風干或烘干得晶體多孔復合二氧化鈦材料。
[0019]步驟(I)所述鹽酸為30?40wt%的鹽酸溶液。
[0020]步驟(2)所述晶體二氧化鈦可以是銳鈦型、金紅石型或銳鈦與金紅石的混晶，粒徑范圍為1-1OOOnm0
[0021 ]步驟(9)所述的水為超純水、去離子水或蒸餾水。
[0022]步驟(11)所述乙醇-鹽酸溶液中乙醇與鹽酸的體積比為100:1?60;所述鹽酸是為30?40wt%的鹽酸溶液。
[0023]所述的制備方法制備得到的晶體多孔復合二氧化鈦材料的應用，可用于凈化空
Ho
[0024]本發明有益的技術效果在于:
[0025]本發明制備得到的晶體多孔復合二氧化鈦材料同時具有較好的結晶度和較豐富的微孔結構，而傳統方法合成的微孔二氧化鈦則結晶度較差，呈無定型結構。
[0026]本發明制備得到的晶體多孔復合二氧化鈦同時具備豐富的微孔和高結晶度，吸附和光催化降解性能相較于傳統晶體和微孔二氧化鈦均有明顯提升，可實現在較短停留時間條件下高效吸附降解低濃度氣態有機污染物，符合室內和工業空氣等低濃度氣體污染凈化的實際要求。
[0027]本發明制備得到的晶體多孔復合二氧化鈦材料可應用于工業和室內空氣凈化，例如:以材料為核心制備空氣凈化組件，安裝于空氣凈化器，可有效去除如裝修、家具揮發和吸煙等產生的污染物，殺滅空氣中的病菌;安裝到空氣凈化設備，可用于治理印刷、涂裝、半導體生產、塑料生產等行業廢氣;安裝于空調設備，則可實現在空調換氣的過程中去除室內污染物和病菌，有效降低由于新風不足所造成的室內健康風險;將材料制備成為涂料，可實現對是室內空氣中污染物的長期吸附凈化。該材料使用場所廣泛，如居民室內、醫院、學校和工廠等，在低濃度氣體凈化領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0028]圖1為實例I所用的傳統混晶二氧化鈦(P25)的透射電鏡照片；
[0029]圖2為實例I所制備的混晶多孔復合二氧化鈦材料的透射電鏡照片；
[0030]圖3為實例I所制備的混晶多孔復合二氧化鈦材料與傳統混晶二氧化鈦(P25)對甲苯的去除率對比圖；
[0031]圖4為實例2所制備的銳鈦型多孔復合二氧化鈦材料的透射電鏡照片；
[0032]圖5為實例2所制備的銳鈦型多孔復合二氧化鈦材料與銳鈦型二氧化鈦對甲苯的平衡吸附量對比圖；
[0033]圖6為實例2所制備的銳鈦型多孔復合二氧化鈦材料與銳鈦型二氧化鈦對甲苯的去除率對比圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例，對本發明進行具體描述。
[0035]實施例1
[0036]將鹽酸和四氯化鈦混合，其中氯化氫與四氯化鈦的摩爾比是1:28。將銳鈦型和金紅石型混晶二氧化鈦(P25，80%銳鈦礦型和20%金紅石型)投加到所得溶液中形成質量比為I: 15的懸濁液，70°C水浴攪拌Ih。將所得懸濁液離心并水洗5次，水洗至pH值為6，所得懸濁液離心或過濾，再將所得固體自然風干或烘干。將所得固體粉末500°C加熱30min，得到種晶P25固體。在激烈攪拌條件下，將制得的種晶P25固體粉末加入到無水乙醇中形成濃度為8g/L的懸池液，懸池液攪拌0.5h。將十二胺加入到上述懸池液中形成十二胺濃度為2mmol/L的懸濁液。將鈦酸丁酯加入到無水乙醇溶液中形成濃度為lOOmmol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液。將鈦酸丁酯乙醇溶液滴加到到上述懸濁液中，體積比為1:1。向所得混合溶液中加入蒸餾水，同時激烈攪拌，水與混合溶液體積比為1:3，繼續攪拌2h。攪拌后溶液加入具四氟內膽的反應釜，90°C水熱反應24h，自然降溫并離心。所得固體加入到乙醇-鹽酸溶液中攪拌，溶液與固體質量比100:1，攪拌Ih，離心，所得固體再重復在乙醇-鹽酸溶液中洗2次。離心后得到的固體水洗至PH值為7，離心，自然風干或烘干得高活性混晶多孔復合二氧化鈦材料。
[0037]上述實施例所用的乙醇-鹽酸溶液中乙醇與鹽酸的體積比為100:5。上述步驟中所用鹽酸為37wt%的鹽酸溶液。
[0038]圖1為此實例所用的混晶二氧化鈦材料P25的透射電鏡照片，圖2為此實例所制備的混晶多孔復合二氧化鈦材料的透射電鏡照片，兩張照片對比可以明顯看出圖2為圖1與多孔的復合結構。
[0039]圖3為此實例所制備的混晶多孔復合二氧化鈦材料與傳統混晶二氧化鈦(P25)對甲苯的去除率對比圖，從圖中可以看出，在相同條件下混晶多孔復合二氧化鈦材料對甲苯的去除率明顯高于傳統混晶二氧化鈦(P25)材料，說明復合材料具有更好的甲苯凈化效果。
[0040]實施例2
[0041 ]將鹽酸和四氯化鈦混合，其中氯化氫與四氯化鈦的摩爾比是1: 28。銳鈦型二氧化鈦投加到所得溶液中形成質量比為1:10的懸濁液，70°C水浴攪拌lh。將所得懸濁液離心并水洗7次，水洗至pH值為7，所得懸濁液離心或過濾，再將所得固體自然風干或烘干。將所得固體粉末600°C加熱60min，得到種晶銳鈦型二氧化鈦固體。在激烈攪拌條件下，將制得種晶銳鈦型二氧化鈦固體粉末加入到無水乙醇中形成濃度為10g/L的懸濁液，懸濁液攪拌lh。將十二胺加入到上述懸池液中形成十二胺濃度為6mmol/L的懸池液。將鈦酸丁酯加入到無水乙醇溶液中形成濃度為500mmol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液。將鈦酸丁酯乙醇溶液滴加到到上述懸濁液中，體積比為1:2。向所得混合溶液中加入蒸餾水，同時激烈攪拌，水與混合溶液體積比為4:3，繼續攪拌3h。攪拌后溶液加入具四氟內膽的反應釜，90°C水熱反應24h，自然降溫并離心。所得固體加入到乙醇-鹽酸溶液中攪拌，溶液與固體質量比200:1，攪拌4h，離心，所得固體再重復在乙醇-鹽酸溶液中洗4次。離心后得到的固體