本發(fā)明涉及光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

tio2是一種高效的新型光催化劑，在一定能量的光照下，能夠發(fā)生電子和空穴的分離，生成羥基自由基(·oh)和活性氧自由基(·o2^-)。光生空穴、活性氧和羥基自由基都具有很強(qiáng)的氧化性，可以氧化大部分有機(jī)物，所以在能源和環(huán)境領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

常用的tio2是一種寬禁帶半導(dǎo)體，能帶寬度在3.2ev，只有波長短于387nm的紫外光才能激發(fā)其發(fā)生光催化反應(yīng)。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源，在黑色能源日益枯竭的今天顯得格外重要。然而，在太陽光譜中，可見光和紅外光占了絕大部分能量，紫外光的能量還不足5％。因此，對tio2進(jìn)行改性，使其吸收可見光從而利用太陽能對于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)都具有重要意義。

目前，市售的tio2光催化劑多為納米級超細(xì)粉體。已有的專利報道也多為納米tio2粉體的合成(中國專利申請cn102826598a)。納米tio2光催化劑粉體雖然比表面積大、催化活性高，然而由于過細(xì)，在使用噴涂法(包括熱噴涂和冷噴涂)制備tio2涂層時卻無法作為噴涂粉末使用。我們知道，熱噴涂的基本原理是通過外加熱源將噴涂粉末熔融成液滴沉積在基體表面形成涂層，使用納米粉末做噴涂粉末在加熱時容易引起過燒，使晶粒粗化，從而惡化涂層的性能，降低光催化的作用。同樣，納米粉末也不能用于冷噴涂制備涂層。這是由于冷噴涂的基本原理是高壓高速氣流攜帶噴涂粉末高速撞擊基體表面，使粉末發(fā)生劇烈塑性變形而沉積形成涂層。在噴涂中，高壓高速氣流會在基體表面形成弓激波，使納米粉體反彈，無法撞擊基體表面形成涂層。

鑒于上述原因，為了使用噴涂的方法制備光催化涂層，有必要研制出適宜用作噴涂的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，解決當(dāng)前沒有適宜于噴涂的、可用來制備涂層的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的問題，開辟一種新的制備可見光響應(yīng)型tio2光催化劑的有效途徑，以期早日獲得實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，該方法以水解-水熱兩步法來實(shí)現(xiàn)可見光響應(yīng)tio2粉末的制備，通過摻雜劑實(shí)現(xiàn)離子的摻雜，以及在水熱過程中添加粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)tio2粉末的團(tuán)聚，從而得到可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，具體步驟如下：

第一步，采用去離子水作溶劑，使硫酸氧鈦溶解，形成透明tio2前軀體溶液；加入摻雜劑，使硫酸氧鈦在酸性條件下、在100～150℃的封閉環(huán)境中不斷攪拌6～8小時，發(fā)生水解反應(yīng)生成沉淀；

第二步，用去離子水反復(fù)洗滌沉淀，在60～90℃的水浴鍋內(nèi)干燥4～6小時后進(jìn)行研磨，將研磨后的粉末中加入去離子水和粘結(jié)劑，在110～160℃密閉環(huán)境下攪拌4～8h進(jìn)行水熱處理，最后將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌，在60～120℃條件下烘干，經(jīng)研磨后得到可見光響應(yīng)tio2粉末。

述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，第一步中，硫酸氧鈦的用量占tio2前軀體溶液質(zhì)量的5％～20％，摻雜劑的用量占tio2前軀體溶液質(zhì)量的1％～10wt％。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，第一步中，酸性條件是指通過添加硫酸調(diào)整溶液的ph值為1～3，密閉環(huán)境是指玻璃或金屬的高壓反應(yīng)釜，高壓反應(yīng)釜帶聚四氟內(nèi)襯。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，第二步中，去離子水的用量占研磨后粉末質(zhì)量的100％～500wt％，粘結(jié)劑的用量占研磨后粉末質(zhì)量的5％～50wt％。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，使用的摻雜劑通過水解-水熱兩步摻入tio2粉末，摻雜劑是陽離子摻雜劑、陰離子摻雜劑或陰陽離子摻雜劑，采用無機(jī)金屬鹽或非金屬鹽中的一種，實(shí)現(xiàn)離子的摻雜和粉末的晶化。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，粘結(jié)劑為高分子聚合物或銨 鹽，在水熱過程中添加粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)tio2粉末的團(tuán)聚，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末為由納米粉軟團(tuán)聚而成的微米級粉末，其一次粒徑為50～200nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為20～50μm。

所述的可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末用做冷噴涂制備tio2陶瓷涂層的噴涂粉末或光催化材料。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本發(fā)明方法采用水解-水熱兩步法實(shí)現(xiàn)tio2陶瓷粉末的制備和離子的摻雜，從而獲得成分穩(wěn)定、性能良好的可見光響應(yīng)tio2光催化劑。結(jié)果表明，水解-水熱兩步法是一種制備可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的有效方法，該方法無需高溫、高壓等苛刻條件，步驟簡單、操作方便，容易實(shí)現(xiàn)離子的摻雜，從而改變tio2的價帶結(jié)構(gòu)使其吸收可見光。

2、此外，使用該方法制備的tio2粉末屬于由納米粉軟團(tuán)聚而成的微米級粉末，適合噴涂法制備tio2涂層以及光催化材料的應(yīng)用。該粉末適宜于冷噴涂制備tio2陶瓷涂層，涂層厚度可達(dá)400μm。

附圖說明

圖1為高壓反應(yīng)釜的示意圖。圖中，1、磁力耦合器；2、測溫元件；3、壓力表/防爆膜裝置；4、釜蓋；5、釜體；6、內(nèi)冷卻盤管；7、推進(jìn)式攪拌器；8、加熱爐裝置；9、電機(jī)；10、針型閥。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明使用的高壓反應(yīng)釜，主要包括：磁力耦合器1、測溫元件2、壓力表/防爆膜裝置3、釜蓋4、釜體5、內(nèi)冷卻盤管6、推進(jìn)式攪拌器7、加熱爐裝置8、電機(jī)9、針型閥10等，具體結(jié)構(gòu)如下：

釜體5內(nèi)安裝推進(jìn)式攪拌器7和內(nèi)冷卻盤管6，推進(jìn)式攪拌器7的輸入端與電機(jī)9輸出端連接。釜體5中設(shè)置加熱爐裝置8，釜體5頂部設(shè)置釜蓋4，測溫元件2一端穿過釜蓋4伸至釜體5內(nèi)。釜蓋4的一側(cè)安裝壓力表/防爆膜裝置3，釜蓋4的另一側(cè)通過管路伸至釜體5內(nèi)，所述管路上設(shè)置針型閥10。

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法具體步驟如下：

(1)稱量10gtioso4，溶解到90g去離子水中，不斷攪拌直到形成透明溶液；

(2)將上述溶液中加入3g鉬酸銨，在120℃的封閉環(huán)境中不斷攪拌8小時，發(fā)生水解反應(yīng)生成黃綠色沉淀，然后在60℃的水浴鍋內(nèi)干燥6小時后進(jìn)行研磨；

(3)將得到的粉末進(jìn)行水熱處理，加入30g去離子水混合和1g粘結(jié)劑nh4cl，在140℃環(huán)境下攪拌4h；

(4)將上述產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌，在90℃條件下烘干，經(jīng)研磨后得到可見光響應(yīng)tio2粉末，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末為由納米粉軟團(tuán)聚而成的微米級粉末，其一次粒徑為100～150nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為30～40μm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法具體步驟如下：

(1)稱量10gtioso4，溶解到90g去離子水中，不斷攪拌直到形成透明溶液；

(2)在步驟(1)得到的溶液中加入5g硝酸鋅，將得到的溶液在110℃的封閉環(huán)境中不斷攪拌6小時，發(fā)生水解反應(yīng)生成白色沉淀；然后在80℃的水浴鍋內(nèi)干燥6小時后進(jìn)行研磨；

(3)將得到的粉末進(jìn)行水熱處理，加入50g去離子水混合和2g粘結(jié)劑(nh4)2so4，在140℃環(huán)境下攪拌4h；

(4)將步驟(3)的產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌，在100℃條件下烘干，經(jīng)研磨后得到可見光響應(yīng)tio2粉末，其一次粒徑為160～200nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為40～50μm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末的制備方法具體步驟如下：

(1)稱量20gtioso4，溶解到150g去離子水中，不斷攪拌直到形成透明溶液；

(2)在步驟(1)得到的溶液中加入7g硫脲，將得到的溶液在130℃的封閉環(huán)境中不斷攪拌8小時，發(fā)生水解反應(yīng)生成白色沉淀；然后在90℃的水浴鍋內(nèi)干燥4小時后進(jìn)行研磨；

(3)將得到的粉末進(jìn)行水熱處理，加入80g去離子水混合和5g粘結(jié)劑聚乙二醇(peg2000)，在150℃環(huán)境下攪拌5h；

(4)將步驟(3)的產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌，在90℃條件下烘干，經(jīng)研磨后得到可見光響應(yīng)tio2粉末，其一次粒徑為50～80nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為20～30μm。

實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明可見光響應(yīng)型tio2陶瓷粉末采用水解-水熱兩步法制備，通過摻雜劑的使用，實(shí)現(xiàn)離子的摻雜和粉末的晶化?？梢姽忭憫?yīng)型tio2陶瓷粉末用做冷噴涂制備tio2陶瓷涂層的噴涂粉末，tio2陶瓷涂層孔隙率低于2％，界面結(jié)合強(qiáng)度為10～20mpa，涂層厚度為10～400μm。