專利名稱：中孔納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈦粉體光催化劑的制備工藝，尤其涉及一種高效、具有中間內孔(簡稱中孔)和混晶效應的納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝，屬于催化劑類新材料技術領域。
隨著工業(yè)的發(fā)展，人類生存的環(huán)境受到日益嚴重的污染從賴以呼吸的空氣，到有限的水資源，都不可幸免地被有毒有害化學物質所污染。為此，解決廢氣廢水的污染問題成為環(huán)保領域的一項重要工作。近年來發(fā)展起來的半導體氧化物光催化降解技術為解決這一問題提供了良好的途徑。在眾多的半導體氧化物中，二氧化鈦因活性高，穩(wěn)定性好，對人體無害而成為最有應用前景的一種光催化劑。然而，目前的光催化劑所利用的光源主要為紫外光、黑燈等，光催化時間較長，所耗能源大，所以提高二氧化鈦的光催化活性具有極大的經濟價值?，F在公認的光催化活性最高的二氧化鈦產品是德國Degauss公司生產的P25，混晶效應是其具有較高光催化活性的主要原因；但誠如武漢大學沈偉韌等在“TiO2光催化反應及其在廢水處理中的應用”(《化學進展》1998.12)論文中介紹的，這種在高溫1000℃以上、通過氣相法合成的、具有混晶效應的二氧化鈦納米粉體很難在實驗室條件下制備。
本發(fā)明的目的在于提出一種全新的、具有混晶效應的納米二氧化鈦粉體光催化劑的溶膠凝膠制備方法，這種催化劑不僅具有中孔和混晶效應，而且富集羥基，有效提高二氧化鈦的光催化效率。
為實現這樣的目的，本發(fā)明在技術方案中，采用溶膠凝膠工藝，在低溫下(小于600℃)制備出具有混晶效應的納米二氧化鈦新型粉體催化劑，即通過鈦酸鹽在水解形成二氧化鈦網絡的同時，加入聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，制得的TiO2/PVP溶膠經室溫靜置后得到二氧化鈦/PVP凝膠，然后將凝膠在一定的溫度下進行熱處理，消除PVP后，在材料中形成許多中孔，二氧化鈦低溫下大多是銳鈦礦相，在與PVP存在相互作用的表面則有金紅石相生成，最終制得的中孔納米二氧化鈦粉體具有混晶效應，有較高的光催化活性。
本發(fā)明的中孔納米二氧化鈦粉體是以鈦酸鹽和PVP為原料，在醇和水溶液中發(fā)生水解和縮合反應，以酸作催化劑來控制水解反應的速度，獲得TiO2/PVP凝膠，通過熱處理，消除凝膠中的PVP，得到中孔TiO2納米粉體。
TiO2納米粉體的制備工藝主要包括如下步驟1、將1份體積的鈦酸鹽溶于2～5份的醇溶液中，攪拌10～20分鐘；2、在上述鈦酸鹽醇溶液中，加入控制醇鹽水解速度的催化劑，催化劑須經水和乙醇稀釋后使用，鹽酸、水和乙醇的配比為1∶3～4∶100，使PH值為3～4，劇烈攪拌20分鐘，獲得未完全水解的TiO2溶膠；3、將PVP加入到上述溶液中，PVP的用量為0.05-0.25g/ml，繼續(xù)攪拌2～4小時，在室溫下靜置，直到形成凝膠；4、將剛形成的凝膠在450℃～550℃熱處理，消除PVP，獲得二氧化鈦粉體。
本發(fā)明采用的鈦酸鹽可以用鈦酸丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦等替代。
本發(fā)明采用的醇鹽水解催化劑中的鹽酸可以用氫氟酸、硫酸等酸替代。
本發(fā)明采用了溶膠凝膠工藝，能夠確保有機無機組分在分子水平復合，并發(fā)生相互作用。由于PVP的位阻作用，使得水解過程中形成的二氧化鈦網絡很小，最終使得熱處理后二氧化鈦的晶粒很小，而PVP的去除，又會在二氧化鈦中形成中孔，這樣就極大地提高了樣品的比表面積；熱處理時，與PVP存在相互作用的二氧化鈦表面會轉變?yōu)榻鸺t石相，其余仍為銳鈦礦相，這種兩相共存方式，使得二氧化鈦具有混晶效應；較大的比表面積、中孔的存在和混晶效應使得樣品的光催化活性比P25高出許多。
下面通過具體的實施例來進一步描述本發(fā)明的技術方案。
實施例1、將5ml鈦酸丁酯溶于15ml的乙醇溶液中，攪拌15分鐘；
2、在鈦酸丁酯溶液中，逐滴加入5ml預先按體積比配置的鹽酸、水和乙醇的混合液(HCl∶H2O∶CH3CH2OH=1∶3∶100)，劇烈攪拌20分鐘；3、將1.2g PVP加入到上述混合液中繼續(xù)攪拌2小時；4、待溶膠形成凝膠后，將剛生成的凝膠在500℃處理2小時，獲得比表面積為65m2/g，晶粒尺寸為20nm左右、中孔尺寸為9nm的納米二氧化鈦粉體，其中銳鈦礦相和金紅石相的重量百分比分別為75％和25％。
權利要求
1.一種中孔納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝，其特征在于主要包括如下步驟將1份體積的鈦酸鹽溶于2～5份的醇溶液中攪拌；在鈦酸鹽醇溶液中，加入按1∶3～4∶100配置的鹽酸、水和乙醇的水解催化劑，使之PH值為3～4，劇烈攪拌獲得未完全水解的TiO2溶膠；將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到上述溶液中，PVP的用量為0.05～0.25g/ml，繼續(xù)攪拌后靜置，獲得凝膠；將剛形成的凝膠在450℃～550℃熱處理，消除PVP，獲得二氧化鈦粉體。
2.如權利要求1所說的中孔納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝，其特征在于采用的鈦酸鹽可以用鈦酸丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦等替代。
3.如權利要求1所說的中孔納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝，其特征在于采用的水解催化劑中的鹽酸可以用氫氟酸、硫酸等酸替代。
全文摘要
一種中孔納米二氧化鈦的溶膠凝膠低溫制備工藝,以鈦酸鹽和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為原料,在醇和水溶液中發(fā)生水解和縮合反應,以酸作催化劑來控制水解反應的速度,獲得TiO
文檔編號C01G23/053GK1322676SQ0110595
公開日2001年11月21日 申請日期2001年4月12日 優(yōu)先權日2001年4月12日
發(fā)明者顧明元, 征茂平, 金燕蘋 申請人:上海交通大學