專利名稱：一種在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦是一種N型寬禁帶半導(dǎo)體，通常存在三種晶型，即板鈦礦型、銳 鈦礦型和金紅石型。相比較，銳鈦礦型納米晶二氧化鈦具有較高的光催化活性， 它也是目前在光催化應(yīng)用方面研究最廣泛的一種半導(dǎo)體金屬氧化物。當(dāng)它吸收 了波長小于或等于387.5nm的光子后，價(jià)帶上的電子就可以被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶， 故可在導(dǎo)帶上產(chǎn)生電子和在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的空穴。當(dāng)有水存在時(shí)，氧及 水分子與電子空穴分別發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)活性的游離 基-OH、 'H02。因OH具有很強(qiáng)的氧化能力，故能氧化大多數(shù)的有機(jī)污染物及部 分無機(jī)污染物，最終降解為二氧化碳、水和其他小分子物質(zhì)。因此，Ti02光催 化劑在治理環(huán)境污染和獲得抗菌、自清潔表面等方面，受到國內(nèi)外廣大學(xué)者的 極大關(guān)注。
制備Ti02的方法有液相沉淀法、微乳反應(yīng)法、水熱法、氣相法和溶膠~)疑 膠法等。溶膠一凝膠法由于設(shè)備簡單，純度高和反應(yīng)過程易控制而備受關(guān)注， 但通常情況在低溫下得到的Ti02為非晶，需要35(TC以上的熱處理才能得到結(jié) 晶的Ti02。而熱處理過程容易引起Ti02顆粒的長大與團(tuán)聚，從而影響了 Ti02 的光催化性能。故若在低溫下能合成高光催化活性的Ti02納米晶體將具有很大 的實(shí)際價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的 方法。該操作方法簡單，成本低。
本發(fā)明的在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的方法，采用的是
溶膠一凝膠法，步驟如下
1) 將鈦的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，鈦的化合物和有機(jī)溶劑的摩爾比為1: 6~15，攪拌至均勻得到A液；
2) 用酸液將去離子水的PH值調(diào)節(jié)至1 6,然后和有機(jī)溶劑混合，攪拌至 均勻得到B液，去離子水與上述鈦的化合物的摩爾比為20 600，有機(jī)溶劑和上 述鈦的化合物的摩爾比為3 10;
3) 將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫下陳化至少6小時(shí)，然后在50 10(TC下干燥，即可。
上述的鈦的化合物可以是鈦酸丁酯、氯化鈦或鈦酸異丙酯。所說的有機(jī)溶 劑可以是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇和四氫呋喃中的一種或幾種。所 說的調(diào)節(jié)PH值的酸液是硝酸或鹽酸。
本發(fā)明的有益效果在于-
本發(fā)明所提供的制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶是在低溫下進(jìn)行，且 無需特殊裝置，所需設(shè)備簡單，得到的納米晶顆粒尺寸小，直徑在5nm左右， 具有優(yōu)異的光催化性能。


圖1是二氧化鈦納米晶的X射線衍射圖譜。 圖2是二氧化鈦納米晶的高分辨透射電鏡照片。 圖3是二氧化鈦納米晶的光催化活性與商用的光催化劑P-25的比較。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
1) 將鈦酸丁酯溶解到乙醇中，攪拌至均勻得到A液，鈦酸丁酯和乙醇的摩
爾比是1: 10;
2) 用硝酸調(diào)節(jié)去離子水的PH值到1，并與乙醇混合攪拌得到B液，鈦酸 丁酯水乙醇的摩爾比是l: 100: 5;
3) 將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫 下陳化12h，然后在5(TC下干燥，磨碎，得到二氧化鈦納米晶。
制備的二氧化鈦納米晶的X射線衍射圖譜如圖1所示，其衍射峰與銳鈦礦 相二氧化鈦的標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，說明所得產(chǎn)品為銳鈦礦相二氧化鈦。通過謝樂公 式(Scherrer equation)計(jì)算，其晶體平均直徑為5nm。
圖2為本實(shí)施例制備的二氧化鈦納米晶的高分辨透射電鏡照片。從高分辨 圖譜中，可以清楚的看到晶粒直徑在5nm左右，與謝樂公式計(jì)算值符合。
圖3中線條5為商用光催化劑P-25分解甲基橙溶液的光催化活性，線條1 為本實(shí)施例制備的二氧化鈦納米晶分解甲基橙溶液的光催化活性。甲基橙溶液 的光催化脫色反應(yīng)表現(xiàn)為準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，ln(CQ/C)=kt， Co和C分別為光照時(shí) 間為0和t時(shí)的甲基橙的濃度；k用來表觀速率常數(shù)。又因?yàn)閘n(Ao/A) = ln(Co/C) =kt， Ao和A分別為光照時(shí)間為0和t時(shí)在466nm處的吸光度值。故測(cè)得速率常數(shù)k，其值 越大，說明光催化性能越好。從圖中可以看到本實(shí)施例制備的二氧化鈦納米晶 的光催化活性明顯比P-25高。實(shí)施例2
1) 將鈦酸異丙酯溶解到丙醇中，攪拌至均勻得到A液，鈦酸異丙酯和丙醇
的摩爾比是l: 15;
2) 用鹽酸調(diào)節(jié)去離子水的PH值到2，并與丙醇混合攪拌得到B液，鈦酸
異丙酯水丙醇的摩爾比是l: 600: 10;
3) 將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫 下陳化36h，然后在7(TC下干燥，磨碎，得到二氧化鈦納米晶。
本實(shí)施例制備的銳鈦礦二氧化鈦納米晶的尺寸為7nm左右，其光催化活性比 P-25高(見圖3線條2)。 實(shí)施例3
1) 將氯化鈦溶解到丁醇中，攪拌至均勻得到A液，氯化鈦和丁醇的摩爾比
是l: 12;
2) 用硝酸調(diào)節(jié)水的PH值到4，并與丁醇混合攪拌得到B液，氯化鈦水 丁醇的摩爾比是l: 80: 6;
3) 將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫 下陳化72h，然后在6(TC下干燥，磨碎，得到二氧化鈦納米晶。
本實(shí)施例制備的銳鈦礦二氧化鈦納米晶的尺寸為6nm左右，其光催化活性比 P-25高(見圖3線條3)。 實(shí)施例4
1) 將鈦酸丁酯溶解到丙二醇中，攪拌至均勻得到A液，鈦酸丁酯和丙二醇 的摩爾比是l: 6;
2) 用鹽酸調(diào)節(jié)水的PH值到6，并與丙二醇混合攪拌得到B液，鈦酸丁酯: 水丙二醇的摩爾比是l: 60: 3;
3) 將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫 下陳化96h，然后在10(TC下干燥，磨碎，得到二氧化鈦納米晶。
本實(shí)施例制備的銳鈦礦二氧化鈦納米晶的尺寸為5nm左右，其光催化活性比 P-25高(見圖3線條4)。
權(quán)利要求
1.一種在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的方法，其特征是包括以下步驟1)將鈦的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，鈦的化合物和有機(jī)溶劑的摩爾比為1∶6～15，攪拌至均勻得到A液；2)用酸液將去離子水的PH值調(diào)節(jié)至1～6，然后和有機(jī)溶劑混合，攪拌至均勻得到B液，水與上述鈦的化合物的摩爾比為20～600，有機(jī)溶劑和上述鈦的化合物的摩爾比為3～10；3)將A液逐滴滴入B液中，持續(xù)攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠，再將溶膠于常溫下陳化至少6小時(shí)，然后在50～100℃下干燥，即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在低溫下制備高光催化活性二氧化鈦納米晶的 方法，其特征在于鈦的化合物是鈦酸丁酯、氯化鈦或鈦酸異丙酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在低溫下制備高光催化活性二氧化鈦納米晶的方法，其特征在于有機(jī)溶劑是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇和四氫呋喃中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在低溫下制備高光催化活性二氧化鈦納米晶的方法，其特征在于調(diào)節(jié)PH值的酸液是硝酸或鹽酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在低溫下制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶的方法，該方法為溶膠-凝膠法，首先將鈦的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，得到A液；再將pH值1～6的水溶液和有機(jī)溶劑混合，得到B液；將A液緩慢的逐滴滴入B液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；將溶膠在常溫下陳化，然后在50～100℃干燥，即可。本發(fā)明所提供的制備高光催化活性的二氧化鈦納米晶是在低溫下進(jìn)行，且無需特殊裝置，所需設(shè)備簡單，得到的納米晶顆粒尺寸小，直徑在5nm左右，具有優(yōu)異的光催化性能。
文檔編號(hào)B01J21/00GK101318694SQ200810063619
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者紅 李, 趙高凌, 陳志君, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)