一種TiOF2向TiO2轉化的非高溫超聲處理方法與流程
2023-06-11 21:33:41 5
本發明屬於化工
技術領域：
：，具體涉及一種TiOF2向TiO2轉化的非高溫超聲處理方法。
背景技術：
：：TiO2因其穩定、無毒而被長期關注，並廣泛用於光催化和鋰電池領域。而TiOF2是近年來才逐漸被關注的一種新型材料，因其更有效利用可見光或太陽光和更強的充放電性能而被認為是一種更有前景的催化和鋰電池材料。目前少量的研究表明，TiOF2是F通過某種方式進入了TiO2的氧空位而生成的新晶體，而這種新晶體中的F也可以再通過加熱等方式脫離TiOF2晶格，從而生成TiO2，即TiOF2和TiO2是可以相互轉變的。甚至有學者(LinChen、LaiyouNiu、KangleLv等)研究表明，TiOF2是以HF和鈦酸丁酯為原料製備TiO2時的中間體，這個中間體再被加熱可生成具有原TiOF2形貌的TiO2，從而使生成的TiO2具有更優異的催化和光電性能。從目前少有的文獻來看，TiOF2向TiO2的轉變方法基本為180℃以上的水熱法(KangleLv的研究)和400℃以上的高溫灼燒法(LinChen、LaiyouNiu、KangleLv等的研究)，即高溫高壓或更高的溫度常壓條件才會實現TiOF2向TiO2的轉變。技術實現要素：本發明的目的是提供一種方法簡單、過程可控並且所得TiO2的催化和光電性能更好的TiOF2向TiO2轉化的非高溫超聲處理方法。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：將製備好的TiOF2粉末分散在無水乙醇裡，通過調整超聲能量控制TiOF2向TiO2的轉變速度，具體轉化條件為：在功率為10～30KW、頻率為28～40KHz條件下超聲處理0.5～1h，之後放入烘箱50～60℃烘乾，碾磨至粉末，即可得轉化後的TiO2。上述TiOF2粉末是由以下步驟製備而成：量取無水乙醇按照1:1～1.2的比例加入到鈦酸丁酯中，記為溶液A；量取無水乙醇加入到去離子水中，同時加入HF，去離子水與無水乙醇、HF的體積比為1:0.1：0.1～1：0.2:0.2，記為溶液B；將溶液A逐滴加入到溶液B中，滴速控制為每秒2～3滴，低速混合攪拌1～2小時，得到TiOF2凝膠，於室溫下陳化1～3d；將陳化的TiOF2凝膠移至反應釜中，80～100℃恆溫1～3h，冷卻後離心沉降，用去離子水、乙醇反覆洗滌，在80～100℃鼓風乾燥箱中烘乾，研磨至粉末。上述轉化條件為：功率10～18KW、頻率30～40KHz、超聲處理0.5～1h，烘乾溫度為55℃。本發明的TiOF2向TiO2轉化的非高溫超聲處理方法，其是低溫常壓下依靠超聲的轉化方式，利用了超聲波的頻率高，波長短，具有較大的能量的優勢，通過控制超聲能量實現TiOF2向TiO2轉化的過程可控，同時大大簡化TiOF2向TiO2的轉化環節，在非高溫條件下即可實現，工藝成本低、過程簡單，並且轉化所得TiO2的催化和光電性能良好，適於工業化推廣應用。附圖說明圖1為TiOF2樣品在超聲處理前後的XRD圖。圖2為TiOF2在超聲處理前的SEM圖。圖3為TiOF2在超聲處理後的SEM圖。圖4為太陽光下TiO2對羅丹明B的催化降解效果圖。具體實施方式現結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行進一步說明。實施例1本實施例的TiOF2向TiO2轉化的非高溫超聲處理方法是由以下步驟實現：(1)TiOF2的製備量取30.4mL無水乙醇加入到35.2mL鈦酸丁酯中，記為溶液A；量取30.4mL無水乙醇加入到180mL水中，同時加入20mLHF，記為溶液B；溶液A逐滴加入到溶液B中，滴速控制在每秒2滴，低速混合攪拌2小時，得到TiOF2凝膠，於室溫下陳化2d；將陳化的TiOF2凝膠移至含聚四氟乙烯內膽的不鏽鋼反應釜中，100℃恆溫2h，冷卻後離心沉降，用去離子水、乙醇反覆洗滌3次，在100℃鼓風乾燥箱中烘乾，研磨至粉末；(2)超聲實現TiOF2向TiO2的轉化將步驟(1)製備出的TiOF2粉末分散在適量的無水乙醇裡，通過調整超聲能量控制TiOF2向TiO2的轉變速度，具體轉化條件為：功率為10KW、頻率為30KHz條件下超聲0.5h，然後放入烘箱60℃烘乾，碾磨至粉末，即可得轉化後的TiO2。實施例2(1)TiOF2的製備參照《合金與化合物雜誌》(JournalofAlloysandCompounds)裡2011年509期第4557-4562頁TiOF2為前驅體製備銳鈦礦TiO2及其光催化性能研究「PreparationofthermallystableanataseTiO2photocatalystfromTiOF2precursoranditsphotocatalyticactivity」裡的TiOF2裡記載的TiOF2製備方法製備TiOF2。(2)超聲實現TiOF2向TiO2的轉化將步驟(1)製備出的TiOF2粉末分散在適量的無水乙醇裡，通過調整超聲能量控制TiOF2向TiO2的轉變速度，具體轉化條件為：功率為18KW、頻率為40KHz條件下超聲1h，然後放入烘箱55℃烘乾，碾磨至粉末，即可得轉化後的TiO2。實施例3(1)TiOF2的製備量取無水乙醇按照1：1.2的比例加入到鈦酸丁酯中，記為溶液A；量取無水乙醇加入到去離子水中，同時加入HF，去離子水與無水乙醇、HF的體積比為1:0.2:0.2，記為溶液B；將溶液A逐滴加入到溶液B中，滴速控制為每秒3滴，低速混合攪拌2小時，得到TiOF2凝膠，於室溫下陳化3d；將陳化的TiOF2凝膠移至反應釜中，80℃恆溫3h，冷卻後離心沉降，用去離子水、乙醇反覆洗滌，在80℃鼓風乾燥箱中烘乾，研磨至粉末。(2)超聲實現TiOF2向TiO2的轉化將步驟(1)製備出的TiOF2粉末分散在適量的無水乙醇裡，通過調整超聲能量控制TiOF2向TiO2的轉變速度，具體轉化條件為：功率為30KW、頻率為28KHz條件下超聲1h，然後放入烘箱50℃烘乾，碾磨至粉末，即可得轉化後的TiO2。為了驗證本發明的技術效果，發明人做了大量的實驗驗證，現以下述實驗為例進行說明。(1)TiOF2超聲處理將加入量為15mLHF製備出的TiOF2樣品以及將該樣品按照實施例1的方法進行超聲處理後的樣品利用X射線衍射儀(XRD圖譜)進行觀察，結果如圖1所示。從圖1可知，TiOF2通過超聲處理發生了巨大變化，衍射峰的位置與TiO2(卡片號21-1272)的衍射峰位置基本吻合，最強特徵峰的位置均出現在25.2°左右，在23.4°出沒有特徵峰，說明TiOF2通過超聲處理導致TiOF2轉變成TiO2，晶體結構因此也發生了變化。(2)SEM將加入量為15mLHF製備出的TiOF2樣品以及將該樣品按照實施例1的方法進行超聲處理後的樣品用顯微鏡觀察，結果分別如圖2和3所示。由圖2和3對比可知，TiOF2在超聲處理後發生了明顯變化，部分從分等級花狀變成多個長方體聚合物，每個長方體的尺寸約為200nm，對應XRD圖譜分析，該長方體即為TiO2，且有別於傳統八面稜錐晶型，均為暴露特定晶面的TiO2。(3)催化性能將本發明所製得TiO2的太陽光催化效果與市售TiO2催化劑P25的催化效果進行對比，具體催化效果實驗如下：取催化劑樣品1.0g加入50mL10mg/L的羅丹明B溶液內，避光磁力攪拌0.5h，使光催化劑吸附-脫附達平衡後取樣，取樣量為5mL，再將混合溶液置於暗箱中，以500W氙燈模擬太陽光源，液面距離光源20cm，每隔0.5h取樣一次，取樣量均為5mL，將所取樣品在高速離心機中以3600r/min轉速高速離心0.2h，然後用分光光度計測定羅丹明B溶液上清液在波長554nm的吸光度值，利用標準曲線法分別計算不同光照時間下樣品的濃度，進一步計算出羅丹明B的歸一化濃度(c/c0)隨催化時間的變化曲線，結果如圖4所示。由圖4可以看出，本發明方法製備出的TiO2催化效果在4.5h後其濃度降為40％以下，而P25的濃度僅為60％左右，由此說明，本發明方法所得的TiO2催化效果遠優於P25。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3