本發明涉及一種可用于環境凈化過程的功能材料，為一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法。

背景技術：
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經過將近半個世紀的研究后，人們對于光催化氧化技術在諸多領域的應用寄予了厚望，尤其是在技術水平先進的國家已經對相關的應用和產品進行了深入開發。目前來說，與光催化技術和材料有關的產品多集中在小型的民用產品上，能夠應用于大規模工業生產的光催化材料是該領域的研究重點。氧化鈦是一種研究最為廣泛和深入的光催化材料，以含鈦化合物為主體的其它材料也在該領域層出不窮。這其中，受到研究者重點關注的鈦酸鹽成為當前富有潛力的一類新型光催化材料。這是由于該類材料具有良好的熱穩定性和較為適宜的禁帶寬度，可以用于多種用途的大規模工業化生產和應用。

鈦酸鹽因其陽離子不同而具有不同的晶體結構和光電化學性質，性質的差異突出表現在對激發光譜吸收范圍的選擇和對不同應用過程的適應性。有關以稀土元素作為陽離子的鈦酸鹽材料的研究還比較缺乏，尤其是對于該類材料在工業規模化應用方面的探索還急需加強。由于制備鈦酸鹽往往需要經過高溫熱處理過程，通常會導致所制備的材料中顆粒團聚生長，嚴重影響其活性和使用特性。并且由于材料中缺少孔隙，對環境污染物的吸附能力較弱，進而導致其光催化活性也受到限制。本專利公開一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，因其獨特的中空管狀結構而具有優越的使用性能和應用前景。

技術實現要素：
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針對現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法。

本發明采用的技術方案是：

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入50~60 mL正己醇、150~200 mL無水乙醇和30~45 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫熱電隅和球形冷凝管，冷凝管采用自來水為冷卻介質；

步驟1.2：調節電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入25~30 mL鈦酸異丙醇酯、6.5~7.2 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.3~4.5 mL穩定劑TP-8，繼續加熱回流30 min形成前驅體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入53~58 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.1~9.2 g硝酸釓、3.5~3.6 g硫酸銨、2.3~2.6 g EDTA二鈉鹽和1.6~1.7 g碳酸氫鈉，繼續攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調節溶液pH值在5~6之間，形成前驅體溶液2；

步驟1.4：將前驅體溶液2加入放有前驅體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內，在95 ℃保溫12 h達到完全干燥；

按次序重復步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫燒結

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為700~1100 ℃，并保持煅燒溫度3~10 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

所述的磁力攪拌器的轉速均選用為200轉/分。

所述中空石英玻璃管的長為50 mm，管內徑為10 mm，壁厚為1 mm。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

通過前驅體合成、提拉成膜和高溫燒結過程制備出中空鈦酸釓管狀材料；本發明選擇石英玻璃管為鈦酸釓的基體材料，能夠保證高溫煅燒條件下材料的穩定性，同時石英基體具有良好的紫外光透過率，使得在石英管內外壁涂覆的鈦酸釓薄膜都能充分接受光照并保持良好的活性。本發明合理地調配了前驅體溶液配方組成并對合成條件進行了優化，可以在石英管壁上制備出結構致密、活性成分均勻的鈦酸釓薄膜。薄膜與石英基體結合緊密，光譜透過率好，使用壽命長，并具有較高的光催化活性。本發明制備工藝新穎，可以按照需要調整鈦酸釓管狀材料的尺寸以滿足廣泛的需要。

具體實施方式：

實施例1

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入50 mL正己醇、150 mL無水乙醇和30 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫熱電隅和球形冷凝管，冷凝管采用自來水為冷卻介質；

步驟1.2：調節電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入25 mL鈦酸異丙醇酯、6.5 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.3 mL穩定劑TP-8，繼續加熱回流30 min形成前驅體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入53 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.1 g硝酸釓、3.5 g硫酸銨、2.3 g EDTA二鈉鹽和1.6 g碳酸氫鈉，繼續攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調節溶液pH值在5~6之間，形成前驅體溶液2；

步驟1.4：將前驅體溶液2加入放有前驅體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內，在95 ℃保溫12 h達到完全干燥；

按次序重復步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫燒結

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為700 ℃，并保持煅燒溫度10 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉速可均選用為200轉/分。

實施例2

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入55 mL正己醇、180 mL無水乙醇和35 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫熱電隅和球形冷凝管，冷凝管采用自來水為冷卻介質；

步驟1.2：調節電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入28 mL鈦酸異丙醇酯、6.9 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.9 mL穩定劑TP-8，繼續加熱回流30 min形成前驅體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入55 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.6 g硝酸釓、3.55g硫酸銨、2.4 g EDTA二鈉鹽和1.65 g碳酸氫鈉，繼續攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調節溶液pH值在5~6之間，形成前驅體溶液2；

步驟1.4：將前驅體溶液2加入放有前驅體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內，在95 ℃保溫12 h達到完全干燥；

按次序重復步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫燒結

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為900 ℃，并保持煅燒溫度5 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉速可均選用為200轉/分。

實施例3

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入60 mL正己醇、200 mL無水乙醇和45 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫熱電隅和球形冷凝管，冷凝管采用自來水為冷卻介質；

步驟1.2：調節電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入30 mL鈦酸異丙醇酯、7.2 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、4.5 mL穩定劑TP-8，繼續加熱回流30 min形成前驅體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入58 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入9.2 g硝酸釓、3.6 g硫酸銨、2.6 g EDTA二鈉鹽和1.7 g碳酸氫鈉，繼續攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調節溶液pH值在5~6之間，形成前驅體溶液2；

步驟1.4：將前驅體溶液2加入放有前驅體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內，在95 ℃保溫12 h達到完全干燥；

按次序重復步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫燒結

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為1100 ℃，并保持煅燒溫度3 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉速可均選用為200轉/分。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。