一種無模板法製備納米結構氧化鈦空心微球的方法
2023-04-28 20:03:36
專利名稱：一種無模板法製備納米結構氧化鈦空心微球的方法
技術領域：
本發明涉及一種無模板法製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，屬於氧化鈦製備領域。
背景技術：
目前發現的具有光催化活性的物質中，以納米氧化鈦(TiO2)最具實用意義，在環境治理領域有著巨大的經濟、環境和社會效益。但就納米TiO2而言，也存在幾個關鍵的技術難題制約著其大規模工業應用，其中包括量子效率低(不到4%)，難於處理大量的高濃度工業廢氣和廢水；難於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、牢固地負載在其它載體上；易團聚和再生困難。研究表明，將納米TiO2製備成納米結構空心微球形式可以很好的解決上述問題。國內外學者已經對TiO2空心微球的製備開展了很多有意義的研究工作，其中犧牲模板法是最經典，使用最廣的製備方法。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與模板法結合應用於TiO2空心微球的製備。雖然模板法和逐層自組裝法可以準確控制產物的形貌，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，煅燒容易導致微球破裂，而溶劑溶解使用的溶劑有時毒性很大，同時為控制殼層厚度有時會使製備過程變得十分繁瑣，耗時耗資。儘管期間也有其它諸如化學氣相沉積、離子液體界面合成等新技術提出，但是前者需要特定較複雜的儀器裝置，而後者所製備的空心微球殼層厚度較薄且不易控制。因此，發展新的簡單低耗的氧化鈦空心微球製備方法是加快其實際應用的關鍵。鈦酸酯類能迅速水解形成相應的金屬多羥基化合物，該產物具有縮聚性，它可以通過形成氧橋鍵的縮聚反應實現縮合，最後形成金屬氫氧化物凝膠，凝膠經乾燥、煅燒得到 Ti02。該過程的化學方程式為
權利要求
1.一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，包括以下步驟(1) 將無水乙醇、濃硫酸和水加入反應器內，電磁攪拌下滴加鈦酸四丁酯，滴加完畢後繼續攪拌，得到透明反應前驅物，加入到反應器內的無水乙醇、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)將所述透明反應前驅物加入到高壓釜內，將高壓釜加熱後自然冷卻至室溫，將產物離心分離，洗滌，乾燥。
2.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，步驟(I)中濃硫酸的質量分數為98%。
3.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，步驟(I)中電磁攪拌速度為300 800轉/分。
4.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於,加入到反應器內的無水乙醇、濃硫酸、水和鈦酸四丁酯的摩爾比為55:0. 4:1. O :1. O。
5.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，鈦酸四丁酯的滴加速度為15 30mL. IT1。
6.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，鈦酸四丁酯滴加完畢後繼續攪拌10 30min。
7.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，步驟(2)中加入到高壓釜的反應前驅物為高壓釜內罐體積的60 80%。
8.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，步驟(2)中高壓釜加熱的溫度為180 220°C，加熱的時間為4 6小時。
9.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於,步驟(2 )中使用無水乙醇洗漆。
10.如權利要求I所述的一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，其特徵在於，步驟(2)中洗滌完畢後，於50°C下真空乾燥24小時。
全文摘要
本發明公開了一種無模板製備納米結構氧化鈦空心微球的方法，屬於氧化鈦製備領域。包括以下步驟(1)將無水乙醇、濃硫酸和水加入反應器內，電磁攪拌下滴加鈦酸四丁酯，滴加完畢後繼續攪拌，得到透明反應前驅物，加入到反應器內的無水乙醇、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)將所述透明反應前驅物加入到高壓釜內，將高壓釜加熱後自然冷卻至室溫，將產物離心分離，洗滌，乾燥。本發明方法製備氧化鈦空心微球不需要模板，微球的結構穩定，並且能達到節能的效果。
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 優先權日2012年1月12日
發明者孫秀果, 張建民, 李豔廷, 李靜, 魏雨 申請人:石家莊鐵道大學