本發(fā)明屬于光催化材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法。
背景技術(shù)：
：作為半導(dǎo)體光催化劑之一的tio2光催化材料是目前研究最多的一種新型環(huán)境友好材料，光催化劑的性質(zhì)是光催化氧化過(guò)程中的關(guān)鍵因素。tio2的晶型、晶粒大小和粒徑、表面態(tài)等因素對(duì)其光催化性能都有較大影響。表面積大的納米粒子由于其表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，決定了它具有很好的催化活性和選擇性。納米tio2由于其量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)變成分立能級(jí)，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變的更負(fù)，而價(jià)帶電位變的更正，這意味著其具有更強(qiáng)的氧化和還原能力；又因?yàn)榧{米粒子的粒徑小，光生載流子比粗顆粒更加容易從粒子內(nèi)部遷移到表面，明顯減小了電子與空穴的復(fù)合幾率，也有利于提高光催化性能。因此，制備比表面積大、粒徑小的tio2已成為光催化領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。隨著人們生活水平的提高，環(huán)境材料受到人們更多的關(guān)注，二氧化鈦光催化劑具有氧化活性高、催化性能強(qiáng)、活性穩(wěn)定、抗?jié)裥院煤蜌⒕芰?qiáng)等優(yōu)異性能，在廢水降解、消除有害氣體、殺菌和凈化空氣等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而現(xiàn)有的二氧化鈦粉的制備方法，如傳統(tǒng)的固相反應(yīng)及燒結(jié)法和現(xiàn)代的化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相滲透法、溶膠—凝膠法等，這些方法存在工藝復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)，所得到的往往是混合晶型且粒度不均，因?yàn)榻鸺t石型二氧化鈦和無(wú)定型二氧化鈦的光催化降解活性很差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法，制備的光催化材料具有穩(wěn)定的光催化效果，同時(shí)也具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，以及性能穩(wěn)定性，且具有良好的耐電腐蝕性能。。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法，其具體步驟如下：步驟1，將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后密封反應(yīng)2-5h，自然冷卻；步驟2，將步驟1的反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾反應(yīng)，得到淡黃色溶膠液；步驟3，將溶膠液采用乙醇浸泡洗滌，然后水浴超聲反應(yīng)10-15min，自然冷卻后減壓蒸餾形成白色半凝膠；步驟4，將白色半凝膠加入正庚烷中攪拌均勻，然后加熱回流反應(yīng)2-5h，得到乳白色懸濁液；步驟5，將乳白色懸濁液過(guò)濾后，進(jìn)行微電流電解處理與光照處理，即可得到銳鈦型二氧化鈦。步驟1中的無(wú)水乙醇加入量是鈦酸正丁酯質(zhì)量的10-15倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是鈦酸正丁酯的4-8倍，所述攪拌速度為500-1500r/min，所述密封反應(yīng)壓力為1.3-3.5mpa；該步驟將鈦酸正丁酯分散至無(wú)水乙醇中，能夠形成鈦酸正丁酯稀溶液，聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中溶解，能夠形成穩(wěn)定的微稠溶液，通過(guò)無(wú)水乙醇中的鈦酸正丁酯與聚乙烯吡咯烷酮反應(yīng)，在鈦酸表面形成穩(wěn)定的聚乙烯吡咯烷酮包覆結(jié)構(gòu)。步驟2中的減壓蒸餾的壓力為大氣壓的15-35%，所述蒸餾溫度為70-80℃；在減壓蒸餾過(guò)程中，無(wú)水乙醇快速蒸發(fā)，同時(shí)鈦酸正丁酯中帶有的正丁酯也逐步蒸發(fā)，從而形成聚乙烯吡咯烷酮包裹二氧化鈦的濃稠醇液。步驟3中的乙醇的質(zhì)量是鈦酸正丁酯的4-8倍，所述水浴超聲溫度為50-65℃，所述超聲頻率為10-15min，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的50-70%，所述蒸餾溫度為60-70℃；通過(guò)乙醇的溶解，并進(jìn)行水浴超聲，起到破壞聚乙烯吡咯烷酮與鈦酸之間的包覆連接，該超聲反應(yīng)產(chǎn)生離合能，破壞價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，最后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)過(guò)程中進(jìn)行二次聚乙烯吡咯烷酮包裹，包裹結(jié)構(gòu)更為解釋更為全面。步驟4中的正庚烷加入量是鈦酸正丁酯3-5倍，所述密封回流反應(yīng)溫度為70-80℃，將正庚烷與乙醇溶解的同時(shí)，將聚乙烯吡咯烷酮溶解至乙醇中，在密封回流反應(yīng)過(guò)程中，將正庚烷作用至鈦酸表面，破壞包覆反應(yīng)，同時(shí)將鈦酸析出呈白色顆粒狀，由于整體反應(yīng)處于無(wú)水乙醇體系中，鈦酸失水形成二氧化鈦顆粒，并且在正庚烷作用下保持粒徑，防止顆粒團(tuán)聚。步驟5中的微電流電解反應(yīng)采用穩(wěn)流電解反應(yīng)，電流為3-8a，所述電解質(zhì)濃度為0.3-0.8mol/l，所述微電流電解反應(yīng)時(shí)間3-6h；采用微電解的方式能夠起到快速熱燃燒效果，將二氧化鈦表面的正庚烷以熱擴(kuò)散以及電解降解的方式去除，同時(shí)電解條件下形成銳鈦型結(jié)構(gòu)。步驟5中的光照處理采用紫外燈光照，所述紫外燈要求為365nm，所述光照處理時(shí)間為2-5h，所述光照溫度不高于50℃；光照處理能夠激活銳鈦型二氧化鈦的光催化性能。本發(fā)明通過(guò)采用聚乙烯吡咯烷酮與鈦酸正丁酯進(jìn)行密封反應(yīng)與水浴超聲反應(yīng)得到白色半凝膠，并加入正庚烷進(jìn)行加熱回流反應(yīng)得到乳白色懸濁液，最后將乳白色懸濁液過(guò)兩次進(jìn)行微電流與光照處理得到激發(fā)狀態(tài)的銳鈦型二氧化鈦。該方法制備的二氧化鈦粒徑通過(guò)鈦酸正丁酯與聚乙烯吡咯烷酮的比例得到控制，同時(shí)采用聚乙烯吡咯烷酮的包覆效果保障了二氧化鈦的粒徑；同時(shí)該方法制備的二氧化鈦粒徑分布均勻，光催化性能顯著，且耐電化學(xué)腐蝕效果好。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明中制備的納米二氧化鈦是經(jīng)過(guò)二氧化鈦水解體系的聚乙烯吡咯烷酮包裹制備而來(lái)，具有良好并且一致的粒徑，可以在實(shí)際生產(chǎn)中方便的使用。（2）本發(fā)明制備的光催化材料具有穩(wěn)定的光催化效果，同時(shí)也具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，以及性能穩(wěn)定性，且具有良好的耐電腐蝕性能。（3）本發(fā)明制備的二氧化鈦無(wú)氣味，中性，穩(wěn)定性好。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有工藝簡(jiǎn)單、成本低和產(chǎn)品純度高的顯著優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)施例1所制備的二氧化鈦材料的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：實(shí)施例1一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法，其具體步驟如下：步驟1，將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后密封反應(yīng)2h，自然冷卻；步驟2，將步驟1的反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾反應(yīng)，得到淡黃色溶膠液；步驟3，將溶膠液采用乙醇浸泡洗滌，然后水浴超聲反應(yīng)10min，自然冷卻后減壓蒸餾形成白色半凝膠；步驟4，將白色半凝膠加入正庚烷中攪拌均勻，然后加熱回流反應(yīng)2h，得到乳白色懸濁液；步驟5，將乳白色懸濁液過(guò)濾后，進(jìn)行微電流電解處理與光照處理，即可得到銳鈦型二氧化鈦。步驟1中的無(wú)水乙醇加入量是鈦酸正丁酯質(zhì)量的10倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是鈦酸正丁酯的4倍，所述攪拌速度為500r/min，所述密封反應(yīng)壓力為1.3mpa。步驟2中的減壓蒸餾的壓力為大氣壓的15%，所述蒸餾溫度為70℃。步驟3中的乙醇的質(zhì)量是鈦酸正丁酯的4倍，所述水浴超聲溫度為50℃，所述超聲頻率為10min，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的50%，所述蒸餾溫度為60℃。步驟4中的正庚烷加入量是鈦酸正丁酯3倍，所述密封回流反應(yīng)溫度為70℃。步驟5中的微電流電解反應(yīng)采用穩(wěn)流電解反應(yīng)，電流為3a，所述電解質(zhì)濃度為0.3mol/l，所述微電流電解反應(yīng)時(shí)間3h。步驟5中的光照處理采用紫外燈光照，所述紫外燈要求為365nm，所述光照處理時(shí)間為2h，所述光照溫度為50℃。所得二氧化鈦呈白色，晶型為銳鈦型，無(wú)氣味，中性，穩(wěn)定性好。其掃描電鏡圖如圖1，粒徑為300nm左右。實(shí)施例2一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法，其具體步驟如下：步驟1，將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后密封反應(yīng)5h，自然冷卻；步驟2，將步驟1的反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾反應(yīng)，得到淡黃色溶膠液；步驟3，將溶膠液采用乙醇浸泡洗滌，然后水浴超聲反應(yīng)15min，自然冷卻后減壓蒸餾形成白色半凝膠；步驟4，將白色半凝膠加入正庚烷中攪拌均勻，然后加熱回流反應(yīng)5h，得到乳白色懸濁液；步驟5，將乳白色懸濁液過(guò)濾后，進(jìn)行微電流電解處理與光照處理，即可得到銳鈦型二氧化鈦。步驟1中的無(wú)水乙醇加入量是鈦酸正丁酯質(zhì)量的15倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是鈦酸正丁酯的8倍，所述攪拌速度為1500r/min，所述密封反應(yīng)壓力為3.5mpa。步驟2中的減壓蒸餾的壓力為大氣壓的35%，所述蒸餾溫度為80℃。步驟3中的乙醇的質(zhì)量是鈦酸正丁酯的8倍，所述水浴超聲溫度為65℃，所述超聲頻率為15min，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的70%，所述蒸餾溫度為70℃。步驟4中的正庚烷加入量是鈦酸正丁酯5倍，所述密封回流反應(yīng)溫度為80℃。步驟5中的微電流電解反應(yīng)采用穩(wěn)流電解反應(yīng)，電流為8a，所述電解質(zhì)濃度為0.8mol/l，所述微電流電解反應(yīng)時(shí)間6h。步驟5中的光照處理采用紫外燈光照，所述紫外燈要求為365nm，所述光照處理時(shí)間為5h，所述光照溫度為30℃。所得二氧化鈦呈白色，晶型為銳鈦型，無(wú)氣味，中性，穩(wěn)定性好，粒徑為15nm左右。實(shí)施例3一種粒徑可控的納米二氧化鈦制備方法，其具體步驟如下：步驟1，將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后密封反應(yīng)3h，自然冷卻；步驟2，將步驟1的反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾反應(yīng)，得到淡黃色溶膠液；步驟3，將溶膠液采用乙醇浸泡洗滌，然后水浴超聲反應(yīng)13min，自然冷卻后減壓蒸餾形成白色半凝膠；步驟4，將白色半凝膠加入正庚烷中攪拌均勻，然后加熱回流反應(yīng)4h，得到乳白色懸濁液；步驟5，將乳白色懸濁液過(guò)濾后，進(jìn)行微電流電解處理與光照處理，即可得到銳鈦型二氧化鈦。步驟1中的無(wú)水乙醇加入量是鈦酸正丁酯質(zhì)量的13倍，所述聚乙烯吡咯烷酮是鈦酸正丁酯的6倍，所述攪拌速度為1100r/min，所述密封反應(yīng)壓力為2.4mpa。步驟2中的減壓蒸餾的壓力為大氣壓的25%，所述蒸餾溫度為75℃。步驟3中的乙醇的質(zhì)量是鈦酸正丁酯的6倍，所述水浴超聲溫度為55℃，所述超聲頻率為13min，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的60%，所述蒸餾溫度為65℃。步驟4中的正庚烷加入量是鈦酸正丁酯4倍，所述密封回流反應(yīng)溫度為75℃。步驟5中的微電流電解反應(yīng)采用穩(wěn)流電解反應(yīng)，電流為5a，所述電解質(zhì)濃度為0.6mol/l，所述微電流電解反應(yīng)時(shí)間5h。步驟5中的光照處理采用紫外燈光照，所述紫外燈要求為365nm，所述光照處理時(shí)間為3h，所述光照溫度為40℃。所得二氧化鈦呈白色，晶型為銳鈦型，無(wú)氣味，中性，穩(wěn)定性好，粒徑為200nm左右。實(shí)施例4以gb/t23762-2009（光催化材料水溶液體系凈化測(cè)試方法）作為光催化材料的性能檢測(cè)方法，以實(shí)施例1與對(duì)比例進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。對(duì)比例采用相同粒徑的純二氧化鈦光催化劑。實(shí)施例與對(duì)比例處理亞甲基藍(lán)廢液的性能效果如下：實(shí)施例1對(duì)比例粒徑300nm300nm質(zhì)量10g10g光催化去除率90%67%光催化穩(wěn)定性98%87%經(jīng)對(duì)比例與實(shí)施例1比對(duì)，本發(fā)明制備的光催化材料具有良好的光催化穩(wěn)定性均在98%以上，光催化去除率為90%以上，高于對(duì)比例中的75%光催化去除率和90%光催化穩(wěn)定性。以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12