專利名稱：碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程納米材料領(lǐng)域，特別是指一種碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝。
背景技術(shù)：
目前中空微球的制備一般采用模板法、層一層自組裝技術(shù)、乳化法及高溫冶煉法等，它們都各自存在著優(yōu)缺點(diǎn)，如
(1)、采用模板法，制備過程易控制、產(chǎn)率高，但是需要添加額外的有機(jī)模板劑，而且后處理往往需要高溫煅燒去除有機(jī)模板；
(2)、采用層一層自組裝技術(shù)，產(chǎn)物形貌可精確調(diào)控，但是制備過程比較耗時；
⑶、采用乳化法，產(chǎn)物粒徑比較均一，純度高，但是制備過程很難調(diào)控，產(chǎn)物制備不容易重復(fù),不利于工業(yè)化生產(chǎn)；
(4)、采用高溫冶煉法，制備效率高，但存在需要高溫，及其耗能，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種整個流程操作簡單，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其具體步驟為
步驟I、依次稱取重量比為I :0. 1-0. 2 :0. 1-0. 25的硫酸鈦、二茂鐵及硝酸鉀，加入30-40份重量比蒸餾水中，室溫?cái)嚢瑁俪暫蟮玫降幕旌弦海?br> 步驟2、將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-180攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)；步驟3、將反應(yīng)后的混合液自然冷卻到室溫，再經(jīng)過濾、水洗烘干釜底物即得棕色碳摻雜二氧化鈦中空微球粉末。所述步驟I中依次稱取硫酸鈦2克，二茂鐵O. 2-0. 4克，硝酸鉀O. 2-0. 5克，加入
70毫升蒸餾水中。所述步驟I中室溫?cái)嚢?0-50分鐘，再超聲30分鐘。所述步驟2中恒溫水熱反應(yīng)時間為18-24小時。所述步驟3在水洗過程中，加入攪拌磁子對含有目標(biāo)物的水溶液進(jìn)行磁力攪拌，攪拌磁子上吸附黑色粉末狀物質(zhì)副產(chǎn)物。所述步驟3中的副產(chǎn)物通過磁分離加以分離。采用上述方案后，本發(fā)明相對目前的制備工藝具有整個流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化的特點(diǎn)；在該制備過程中采用一步法實(shí)現(xiàn)了水解、分解、摻雜三位一體的合成策略，有效解決了目前碳摻雜納米二氧化鈦多步實(shí)驗(yàn)流程、需要高溫、制備儀器要求高等弊端。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示了一種碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，所采用原料主要有硫酸鈦Ti (SO4)J，二茂鐵[(C5H5) Fe (C5H5)以及硝酸鉀(KNO3)，均為廉價(jià)、無毒試劑。各原料以重量比為1 0. 1-0. 2 0. 1-0. 25加入蒸餾水中，其具體制備實(shí)施步驟為
步驟I、依次稱取硫酸鈦2克，二茂鐵O. 2-0. 4克，硝酸鉀O. 2-0. 5克，加入60-80毫升蒸餾水中，室溫?cái)嚢?0-50分鐘，再超聲30分鐘后得到的混合液；
步驟2、將混合液裝入內(nèi)膽體積100毫升自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-180攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)18-24小時；
步驟3、將反應(yīng)后的混合液自然冷卻到室溫，再經(jīng)過濾、水洗烘干釜底物即得棕色碳摻雜二氧化鈦中空微球粉末。 在水洗過程中，可采用加入攪拌磁子對含有目標(biāo)物的水溶液進(jìn)行磁力攪拌，會發(fā)現(xiàn)攪拌磁子上吸附有少量黑色粉末狀物質(zhì)(二茂鐵在水熱體系中分解的副產(chǎn)物具有磁性的四氧化三鐵)；該副產(chǎn)物可通過簡單的磁分離加以分離。本發(fā)明的合成主要原理是硫酸鈦水解在水熱體系中可得到納米二氧化鈦，具有三維空間結(jié)構(gòu)二茂鐵在水熱體系中分解可得到碳物質(zhì)，在硝酸鉀結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用下，水熱體系中自組裝形成碳摻雜二氧化鈦中空微球。綜上，本發(fā)明的制備工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)
一、本發(fā)明研制的光催化劑碳摻雜二氧化鈦中空微球能有效解決目前TiO2作為傳統(tǒng)光催化劑在污水凈化實(shí)際應(yīng)用存在的三大的缺陷
(1)、對紫外光依賴性大，可見光利用率極低；
(2)、光催化量子效率低，光激發(fā)后半導(dǎo)體內(nèi)部的光生電子一空穴對復(fù)合率高導(dǎo)致光催化降解有機(jī)污染物活性較低；
(3)、使用后催化劑與水體分離困難。實(shí)際使用的粉體光催化劑粒徑太小，難以從反應(yīng)后的混合體系中分離，導(dǎo)致其回收及活化后再利用能力有限。二、本發(fā)明提供了一種制備程序簡單、綠色、無二次污染、原料成本低的光催化劑制備工藝技術(shù)。三、本發(fā)明制備的為一種可在可見光(如太陽光)激發(fā)下能高效、深度降解污水中有機(jī)污染物(如染料、酚類有機(jī)物等)光催化劑。因此，采用本發(fā)明制備方法合成的光催化劑碳摻雜二氧化鈦中空微球與類似光催化劑相比，具有明顯的優(yōu)勢
(1)、碳摻雜二氧化鈦中空微球比表面積大,可達(dá)52m2/g；
(2)、碳摻雜二氧化鈦中空微球?qū)梢姽馕諒?qiáng)，在420-800nm都有明顯的吸收；
(3)、碳摻雜二氧化鈦中空微球在水體中沉降迅速，在5分鐘內(nèi)可看到明顯的沉降分層現(xiàn)象；
(4)、碳摻雜二氧化鈦中空微球光催化降解效果顯著，采用7月份中午太陽光作為光源，lg.L—1的催化劑使用量對30 mg. L—1的亞甲基藍(lán)溶液的戶外可見光光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其在4個小時內(nèi)完全褪色，總有機(jī)碳(TOC)的去除率可達(dá)65%?？傊景l(fā)明相對目前的制備工藝具有整個流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化的特點(diǎn)；在該制備過程中采用一步法實(shí)現(xiàn)了水解、分解、摻雜三位一體的合成策略，有效解決了目前碳摻雜納米二氧化鈦多步實(shí)驗(yàn)流程、需要高 溫、制備儀器要求高等弊端。
權(quán)利要求
1.一種碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其具體步驟為 步驟I、依次稱取重量比為I :0. 1-0. 2 :0. 1-0. 25的硫酸鈦、二茂鐵及硝酸鉀，加入30-40份重量比蒸餾水中，室溫?cái)嚢?，再超聲后得到的混合液? 步驟2、將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-180攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)； 步驟3、將反應(yīng)后的混合液自然冷卻到室溫，再經(jīng)過濾、水洗烘干釜底物即得棕色碳摻雜二氧化鈦中空微球粉末。
2.如權(quán)利要求I所述的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其特征在于所述步驟I中依次稱取硫酸鈦2克，二茂鐵O. 2-0. 4克，硝酸鉀O. 2-0. 5克，加入60-80毫升蒸餾水中。
3.如權(quán)利要求I或2所述的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其特征在于所述步驟I中室溫?cái)嚢?0-50分鐘，再超聲30分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其特征在于所述步驟2中恒溫水熱反應(yīng)時間為18-24小時。
5.如權(quán)利要求I或2所述的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其特征在于所述步驟3在水洗過程中，加入攪拌磁子對含有目標(biāo)物的水溶液進(jìn)行磁力攪拌，攪拌磁子上吸附黑色粉末狀物質(zhì)副產(chǎn)物。
6.如權(quán)利要求5所述的碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其特征在于所述步驟3中的副產(chǎn)物通過磁分離加以分離。
全文摘要
一種碳摻雜二氧化鈦中空微球的制備工藝，其步驟為依次稱取重量比為10.1-0.20.1-0.25的硫酸鈦、二茂鐵及硝酸鉀，加入蒸餾水中，室溫?cái)嚢?，再超聲后得到的混合液；將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-180攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)；將反應(yīng)后的混合液自然冷卻到室溫，再經(jīng)過濾、水洗烘干釜底物即得棕色碳摻雜二氧化鈦中空微球粉末。本發(fā)明整個流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化的特點(diǎn)；在該制備過程中采用一步法實(shí)現(xiàn)了水解、分解、摻雜三位一體的合成策略，有效解決了目前碳摻雜納米二氧化鈦多步實(shí)驗(yàn)流程、需要高溫、制備儀器要求高等弊端。
文檔編號C01G23/053GK102814152SQ20121029607
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者郭鴻旭 申請人:漳州師范學(xué)院