專利名稱：一種球形納米二氧化鈦的制備方法
技術領域：
本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種制備具有銳鈦礦晶型的球形納米
二氧化鈦的方法。
背景技術：
Ti02可用于光催化降解有機物、殺菌消毒、污水處理、空氣凈化、光分解水制氫以 及染料敏化太陽能電池等多個方面，在材料、環境、能源等領域都受到了非常廣泛的重視。 目前，納米Ti02的制備方法研究已成為光催化新材料開發的一個十分活躍的課題。納米Ti02粉體的制備有許多方法，如溶膠_凝膠方法、共沉淀方法、噴霧熱分解方 法等。在這些制備方法中，溶膠_凝膠和共沉淀法等濕化學方法操作步驟較繁瑣、制備周期 長，涉及廢液排放，同時需要熱處理完成晶型轉變；噴霧熱分解方法需要較多的設備，至少 包括供料系統、燒嘴和收集系統等三部分。制備納米Ti02的簡單方法研究已成為光催化新 材料開發與應用的關鍵問題。

發明內容
本發明目的是提供一種簡單的、無廢液排放的制備納米二氧化鈦粉體的新方法。為達到上述目的，本發明利用有機物可以燃燒生成水并放熱的特點，提出了一種 直接制備具有銳鈦礦晶型的球形二氧化鈦的新方法。該方法具體步驟如下以鈦酸鹽(鈦 酸酯類)為原料，先配置鈦酸鹽溶液(溶劑選擇甲醇，乙醇，丙醇等)，然后明火點燃，溶 液燃燒的過程中產生水和co2，鈦酸酯與產生的水在界面發生水解反應，隨著燃燒過程的進 行，不斷在界面產生二氧化鈦，同時燃燒過程放出的熱促進生成的二氧化鈦的晶型轉變，最 終溶液完全燃燒而消失，形成具有銳鈦礦晶型的Ti02粉體材料。本發明中控制溶劑(如無水乙醇)與鈦酸鹽(鈦酸酯類)的體積比為5 1 20 1。本發明中涉及的溶劑為最常見乙醇，甲醇或丙醇等。鈦酸鹽優選鈦酸四丁酯。實驗表明，在紫外-可見光照射下，本發明所制備的納米Ti02具有良好的光催化 活性，可用于光分解水制氫以及光催化降解有機污染物領域。本發明所提供的納米二氧化鈦的制備技術，與現有技術相比，具有以下優點本發 明方法非常簡單，無需特殊設備，無任何廢液產生，避免了熱處理過程而直接得到銳鈦礦晶 型的Ti02，能實現生產過程的節能減排。


圖1為本發明提出的Ti02制備過程示意圖。a表示溶液，b表示燃燒后得到的Ti02 粉體。圖2本發明所制備的Ti02和商品P25(a)的XRD比較，無水乙醇/鈦酸四丁酯的 體積比為 5 1 (b)，7 1 (c)禾口 12 1 (d)。
圖3本發明方法所制備的Ti02的SEM圖，無水乙醇/鈦酸四丁酯的體積比為 5 1(a)，7 1(b)和 12 1(c)。圖4本發明所制備的Ti02和商品P25 (a)的紫外-可見曼反射光譜，無水乙醇/鈦 酸四丁酯的體積比為5 1(b)，7 1(c)和12 1(d)。圖5本發明所制備的Ti02和商品P25(a)樣品的光催化制氫活性，無水乙醇/鈦 酸四丁酯的體積比為5 1(b),7 1(c)和12 1(d)。橫坐標為光催化反應時間，縱坐標 為H2的產生量。圖6本發明所制備的Ti02樣品的光催化降解亞甲基藍過程的吸收光隨光照時間 的變化，制備打02樣品時無水乙醇/鈦酸四丁酯的體積比為5 1。圖7本技術所制備的Ti02的XRD譜，甲醇/鈦酸四丁酯的體積比為12 1。
具體實施例方式以下通過實施例更進一步地描述本發明，但不限于此。實施例1量取25mL無水乙醇放入150mL燒杯(蒸發皿)中，然后加入5mL鈦酸四丁酯(無水 乙醇/鈦酸四丁酯的體積比為5 1)，攪拌溶液至透明。用火柴點燃，液體即從液面開始燃 燒，燃燒結束后得到灰白色的樣品。測定樣品的XRD，發現所得樣品為銳鈦礦晶型的Ti02(圖 2，曲線a)。測定樣品的SEM表面形貌，可以發現，該技術得到的Ti02為微球形。(圖3，曲 線a) Ti02的紫外-可見漫反射光譜測試表明，該方法得到的Ti02在可見光區具有一定的吸 收(圖4，曲線b)。準確稱取0. 05g所制得的Ti02樣品放入360ml石英瓶中，加入200ml 0. lmol 'L^1 的Na2S和0. 04mol -L"1的Na2S03的混合溶液。實驗所采用光源為500W的氙燈(照射強度 為150mW cm—2)。反應前，反應體系先超聲15min，然后通N2吹掃30min，最后在磁力攪拌下 開始光照反應。光照連續反應2h，每20min采一次樣定量分析產氫量。反應過程生成的氣 體在GC7900型氣相色譜儀上定量分析，檢測器為TCD檢測器，色譜柱為5A分子篩，N2做載 氣。圖5給出Ti02樣品在Na2S-Na2S03體系中的光催化分解水產氫量隨時間的變化(曲線 b)。從圖5中可以看出，在光照同樣的時間下，所制備的Ti02樣品的光催化分解水產氫活 性總是高于P25，光照2小時產氫量為14. 4 ii mol。取0. 025g的樣品放入到50mL亞甲基藍溶液中，超聲20min使粉末在溶液中分散 均勻。采用500W氙燈，經反光鏡后由上面照射到液面，每20min用紫外-可見分光光度計 (UV-2300)測量光催化降解不同時間的紫外-可見吸收光譜。測量時光催化反應器通冷卻 水維持溶液溫度為15°C，圖6給出紫外光照下本技術得到的Ti02在光催化降解亞甲基藍溶 液過程中吸收光譜的變化情況。從圖6可以看出，隨光照時間的增加，亞甲基藍溶液吸光度 逐漸降低，說明所制備的Ti02樣品具有良好的光催化活性，本發明制備的Ti02可用于光催 化降解有機污染物方面。實施例2量取35mL無水乙醇放入150mL燒杯中，然后加入5mL鈦酸四丁酯，(無水乙醇/鈦 酸四丁酯的體積比為7 1)，攪拌溶液至透明。用火柴點燃，液體即從液面開始燃燒，在燃 燒的過程中，不斷有水生成，生成的水促進鈦酸四丁酯的水解生成Ti02，同時燃燒放出的熱促進生成的Ti02的晶型轉變，燃燒結束后得到灰白色的樣品。測定樣品的XRD(圖2曲線 b)，發現所得樣品為銳鈦礦晶型的Ti02。測定樣品的SEM表面形貌，發現該技術得到的Ti02 為微球形(圖3，圖片b)。Ti02的紫外-可見漫反射光譜測試表明，該方法得到的打02在 可見光區具有一定的吸收(圖4，曲線c)。準確稱取0. 05g所制得的Ti02光催化劑放入360ml石英瓶中，加入200ml 0. lmol L-1的Na2S和0. 04mol L-1的Na2S03的混合溶液。實驗所采用光源為500W的氙 燈(照射強度為150mW cm—2)。反應體系先超聲15min，然后通N2吹掃30min，最后在磁力 攪拌下開始光照反應。連續光照2h，每20min采一次樣定量分析產氫量，反應過程生成的 氣體在GC7900型氣相色譜儀上定量分析，檢測器為TCD檢測器，色譜柱為5A分子篩，N2做 載氣。在同樣的條件下，測定商品P25的光解水制氫活性。圖5給出紫外光照下P25 (a)及 本技術得到的Ti02(b)在Na2S-Na2S03體系中的光催化分解水產氫量比較。從圖5中可以看 出，在光照同樣的時間下，所制備的Ti02樣品的光催化分解水產氫活性總是高于P25的活 性，光照2小時產氫量為16. 3 u mol，而在光照同樣的時間下P25的產氫量為9. 0 y mol。實施例3量取60mL無水乙醇放入150mL燒杯中，然后加入5mL鈦酸四丁酯(無水乙醇/鈦 酸四丁酯的體積比為12 1)，攪拌溶液至透明。用火柴點燃，液體即從液面開始燃燒，在燃 燒的過程中，不斷有水生成，生成的水促進鈦酸四丁酯的水解生成Ti02，同時燃燒放出的熱 促進生成的Ti02的晶型轉變，燃燒結束后得到灰白色的樣品。測定樣品的XRD(圖2，曲線 d)，可以發現所得樣品為銳鈦礦晶型的Ti02。測定樣品的SEM表面形貌，可以發現，該技術 得到的Ti02為微球形。(圖3，圖片c)，樣品的紫外-可見漫反射光譜如圖4曲線d所示。準確稱取0. 05g所制得的Ti02光催化劑放入360ml石英瓶中，加入200ml 0. lmol .L—1的Na2S和0. 04mol .L—1的Na2S03的混合溶液。實驗所采用光源為500W的氙燈 (照射強度為150mW cm—2)。反應前，反應體系先超聲15min，然后通N2吹掃30min，最后在 磁力攪拌下開始光照反應。光照連續反應2h，每20min采一次樣定量分析產氫量。反應過 程生成的氣體在GC7900型氣相色譜儀上定量分析，檢測器為TCD檢測器，色譜柱為5A分子 蹄，N2做載氣。圖5d是該樣品在Na2S-Na2S03體系中的光催化分解水產氫量隨時間的變化， 光照2小時產氫量為13. 9 ii mol。實施例4量取60mL甲醇放入150mL燒杯中，然后加入5mL鈦酸四丁酯(甲醇/鈦酸四丁酯 的體積比為12 1)，攪拌溶液至透明。用火柴點燃，液體即從液面開始燃燒，在燃燒的過程 中，不斷有水生成，生成的水促進鈦酸四丁酯的水解生成Ti02，同時燃燒放出的熱促進生成 的Ti02的晶型轉變，燃燒結束后得到灰白色的樣品。測定樣品的XRD(圖7)，可以發現所得 樣品主要為銳鈦礦晶型的Ti02。
權利要求
一種球形納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于具體步驟如下以鈦酸鹽為原料，先配置鈦酸鹽溶液，然后明火點燃，溶液燃燒的過程中產生水和CO2，鈦酸酯與產生的水在界面發生水解反應，隨著燃燒過程的進行，不斷在界面產生二氧化鈦，同時燃燒過程放出的熱促進生成的二氧化鈦的晶型轉變，最終溶液完全燃燒而消失，形成具有銳鈦礦晶型的TiO2粉體材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述鈦酸鹽溶液中，溶劑與鈦酸鹽的 體積比為5 1 20 1。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述鈦酸鹽溶液的溶劑為乙醇、甲 醇或丙醇。
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述鈦酸鹽為鈦酸四丁酯。
全文摘要
本發明屬于光催化材料技術領域，具體為一種球形納米二氧化鈦的制備方法。本發明以鈦酸鹽為原料，先配置鈦酸鹽溶液，然后明火點燃，溶液燃燒的過程中產生水和CO2，鈦酸酯與產生的水在界面發生水解反應，隨著燃燒過程的進行，不斷在界面產生二氧化鈦，同時燃燒過程放出的熱促進生成的二氧化鈦的晶型轉變，最終溶液完全燃燒而消失，形成具有銳鈦礦晶型的TiO2粉體材料。本發明方法非常簡單，無需特殊設備，無任何廢液產生，避免了熱處理過程而直接得到銳鈦礦晶型的TiO2，能實現生產過程的節能減排。
文檔編號C01G23/053GK101798110SQ201010141750
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者崔曉莉, 張曉艷, 羅英 申請人:復旦大學