專利名稱：一種無模板法制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無模板法制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，屬于氧化鈦制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前發(fā)現(xiàn)的具有光催化活性的物質(zhì)中，以納米氧化鈦(TiO2)最具實(shí)用意義，在環(huán)境治理領(lǐng)域有著巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。但就納米TiO2而言，也存在幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難題制約著其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，其中包括量子效率低(不到4%)，難于處理大量的高濃度工業(yè)廢氣和廢水；難于在既保持較高的光催化活性又滿足特定的理化性能要求的條件下將其均勻地、牢固地負(fù)載在其它載體上；易團(tuán)聚和再生困難。研究表明，將納米TiO2制備成納米結(jié)構(gòu)空心微球形式可以很好的解決上述問題。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對TiO2空心微球的制備開展了很多有意義的研究工作，其中犧牲模板法是最經(jīng)典，使用最廣的制備方法。常用的模板主要包括聚苯乙烯球(PS)、大孔聚合物、膠體粒子、微乳液滴、膠束等。Frank Caruso等(Caruso F，Shi XY, Caruso RA, Caruso, A. Hollow titania spheres from layered precursor deposition on sacrificial colloidal core particles. Adv. Mater., 2001, 13 (10) : 740-744)還將逐層自組裝技術(shù)與模板法結(jié)合應(yīng)用于TiO2空心微球的制備。雖然模板法和逐層自組裝法可以準(zhǔn)確控制產(chǎn)物的形貌，但是這些方法需要通過高溫煅燒或溶劑溶解等方式去除模板，煅燒容易導(dǎo)致微球破裂，而溶劑溶解使用的溶劑有時(shí)毒性很大，同時(shí)為控制殼層厚度有時(shí)會使制備過程變得十分繁瑣，耗時(shí)耗資。盡管期間也有其它諸如化學(xué)氣相沉積、離子液體界面合成等新技術(shù)提出，但是前者需要特定較復(fù)雜的儀器裝置，而后者所制備的空心微球殼層厚度較薄且不易控制。因此，發(fā)展新的簡單低耗的氧化鈦空心微球制備方法是加快其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。鈦酸酯類能迅速水解形成相應(yīng)的金屬多羥基化合物，該產(chǎn)物具有縮聚性，它可以通過形成氧橋鍵的縮聚反應(yīng)實(shí)現(xiàn)縮合，最后形成金屬氫氧化物凝膠，凝膠經(jīng)干燥、煅燒得到 Ti02。該過程的化學(xué)方程式為
權(quán)利要求
1.一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，包括以下步驟(1) 將無水乙醇、濃硫酸和水加入反應(yīng)器內(nèi)，電磁攪拌下滴加鈦酸四丁酯，滴加完畢后繼續(xù)攪拌，得到透明反應(yīng)前驅(qū)物，加入到反應(yīng)器內(nèi)的無水乙醇、濃硫酸、水和鈦酸四丁酯的摩爾比為 55 200:0. 2 O. 8:0. 5 3. O : I. O ;(2)將所述透明反應(yīng)前驅(qū)物加入到高壓釜內(nèi)，將高壓釜加熱后自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離，洗滌，干燥。
2.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，步驟(I)中濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。
3.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，步驟(I)中電磁攪拌速度為300 800轉(zhuǎn)/分。
4.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于,加入到反應(yīng)器內(nèi)的無水乙醇、濃硫酸、水和鈦酸四丁酯的摩爾比為55:0. 4:1. O :1. O。
5.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，鈦酸四丁酯的滴加速度為15 30mL. IT1。
6.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，鈦酸四丁酯滴加完畢后繼續(xù)攪拌10 30min。
7.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，步驟(2)中加入到高壓釜的反應(yīng)前驅(qū)物為高壓釜內(nèi)罐體積的60 80%。
8.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，步驟(2)中高壓釜加熱的溫度為180 220°C，加熱的時(shí)間為4 6小時(shí)。
9.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于,步驟(2 )中使用無水乙醇洗漆。
10.如權(quán)利要求I所述的一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，其特征在于，步驟(2)中洗滌完畢后，于50°C下真空干燥24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無模板制備納米結(jié)構(gòu)氧化鈦空心微球的方法，屬于氧化鈦制備領(lǐng)域。包括以下步驟(1)將無水乙醇、濃硫酸和水加入反應(yīng)器內(nèi)，電磁攪拌下滴加鈦酸四丁酯，滴加完畢后繼續(xù)攪拌，得到透明反應(yīng)前驅(qū)物，加入到反應(yīng)器內(nèi)的無水乙醇、濃硫酸、水和鈦酸四丁酯的摩爾比為55～200:0.2～0.8:0.5～3.01.0；(2)將所述透明反應(yīng)前驅(qū)物加入到高壓釜內(nèi)，將高壓釜加熱后自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離，洗滌，干燥。本發(fā)明方法制備氧化鈦空心微球不需要模板，微球的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且能達(dá)到節(jié)能的效果。
文檔編號B82Y40/00GK102583523SQ201210008770
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者孫秀果, 張建民, 李艷廷, 李靜, 魏雨 申請人:石家莊鐵道大學(xué)