專利名稱：：一種納米態(tài)TiO₂/SBA-15光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種Ti02光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
：自然環(huán)境是人類的生存與發(fā)展，社會的文明與進步的基本保障。但是近年來作為現(xiàn)代文明和科技發(fā)展的副產(chǎn)物，全球性的污染越來越嚴(yán)重，氣候變暖、臭氧空洞、水污染、土地沙漠化等，日益危害人類的生存。目前光催化劑因含量豐富、潔凈無害(利用半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和光化學(xué)性質(zhì)對污染物進行降解、氧化或還原，最終轉(zhuǎn)化為無害或可再利用的物質(zhì))、價格低廉并以太陽光為能源驅(qū)動力，逐漸代替了生物化學(xué)制劑成為綠色環(huán)保劑?，F(xiàn)有光催化劑效果及功能最好的為Ti(U特別是P25-Ti02)光催化劑，但制備方法上仍存在缺陷導(dǎo)致光催化劑存在吸附性差、光降解效率低和Ti02粉末易分散的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有方法制備Ti02/SBA_15光催化劑存在的吸附性差、光降解效率低和Ti02粉末易分散的問題，而提供一種納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的制備方法。制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將0.22mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為400500r/min的條件下攪拌0.5lh，得混合溶液；二、將0.40.6g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為500600r/min的條件下攪拌0.5lh，得固液混合物；三、將4.017.0mL的H20逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為400500r/min的條件下攪拌23h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌35次，然后置于溫度為8010(TC條件下干燥2024h，再在溫度為50058(TC條件下焙燒36h，即得納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:10。本發(fā)明得到的納米態(tài)T叫/SBA-15光催化劑中，Ti02的結(jié)晶度好、粒度分布窄，且SBA-15的介孔結(jié)構(gòu)并未被破壞。本發(fā)明得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑經(jīng)測得，BET比表面積為520.0568.3m7g，平均孔體積為1.6551.924cmVg，平均孔徑為9.94312.813nm，Ti02粒徑為5.567.97nm。通過測得的數(shù)據(jù)可知在Ti02在沒有改變SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的前提下，負載于SBA-15的孔道和表面，并且1102的顆粒大小被有效地控制在了lOnm以下。本發(fā)明得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑，Ti02具有銳鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)，經(jīng)研究分析，銳鈦礦型的Ti02具有最佳的光催化活性，且1102負載與SBA-15的孔道和表面，有效地解決了現(xiàn)有光催化劑Ti02粉末易分散的缺點。本發(fā)明得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑純度高(可達99.0%以上)，吸附性能為現(xiàn)有P25-Ti02光催化劑的2倍以上，光降解效率高(經(jīng)測得，完全降解羅丹明B光降解率可提高11%35%)。本發(fā)明原材料價格便宜、工藝簡單且設(shè)備簡單。圖1為具體實施方式一制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法的示意圖；圖2為不同的Ti02負載量的Ti02/SBA-15的小角XRD圖，圖中a曲線為SBA-15的XRD曲線，b曲線為具體實施方式二十四中Ti02/SBA-15-20(IH)的小角XRD曲線，c曲線為具體實施方式二十五中Ti02/SBA-15-40(IH)的小角XRD曲線，d曲線為具體實施方式二十六中Ti02/SBA-15-60(IH)的小角XRD曲線，e曲線為具體實施方式二十七中Ti02/SBA-15_80(IH)的小角XRD曲線，f曲線為采用傳統(tǒng)的浸漬法制備的T叫/SBA-15-60aM)的小角XRD曲線；圖3為不同的Ti02負載量的Ti02/SBA-15的廣角XRD圖，圖中a曲線為SBA-15的XRD曲線，b曲線為具體實施方式二十四中Ti02/SBA-15-20(IH)的廣角XRD曲線，c曲線為具體實施方式二十五中Ti02/SBA-15-40(IH)的廣角XRD曲線，d曲線為具體實施方式二十六中Ti02/SBA-15-60(IH)的廣角XRD曲線，e曲線為具體實施方式二十七中Ti02/SBA-15_80(IH)的廣角XRD曲線，f曲線為采用傳統(tǒng)的浸漬法制備的Ti02/SBA-15-60aM)的廣角XRD曲線，g曲線為工業(yè)上所使用Ti02(P-25)的廣角XRD曲線。具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將0.22mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為400500r/min的條件下攪拌0.5lh，得混合溶液；二、將0.40.6g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為500600r/min的條件下攪拌0.5lh，得固液混合物；三、將4.017.OmL的!120逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為400500r/min的條件下攪拌23h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌35次，然后置于溫度為80IO(TC條件下干燥2024h，再在溫度為50058(TC條件下焙燒36h，即得納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:10。本實施方式步驟二中攪拌的目的是使溶液中鈦酸四丁酯分子能夠吸附到SBA-15的孔道和表面上。本實施方式步驟三中H20逐滴加入的目的是防止鈦酸四丁酯水解過于劇烈而產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，從而限制Ti02的生長。本實施方式步驟三中攪拌的目的是使溶液中鈦酸四丁酯在孔道和表面上完全水解，與SBA-15上的醇羥基形成Ti-0鍵。本實施方式步驟三中乳狀物的顏色為乳白色。本實施方式步驟四中用無水乙醇抽濾洗滌是為了保證洗去被SBA-15物理吸附的鈦酸四丁酯，確保負載量。本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑為銳鈦礦型的納米顆粒，為白色粉末。本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的方法的示意圖為圖l，從圖1中可以看出在Ti02/SBA-15的制備過程中，鈦酸四丁酯首先吸附到SBA-15的孔道和表面，經(jīng)水解后與SBA-15的硅羥基形成Ti-O鍵，最后經(jīng)焙燒后，形成Ti02納米顆粒負載于SBA-15的孔道和表面。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中將O.31.8mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。具體實施方式三本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中將0.51.5mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。具體實施方式四本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中將1.OmL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式一至四不同的是步驟一中攪拌時間為0.60.8h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四相同。具體實施方式六本實施方式與具體實施方式一至四不同的是步驟一中攪拌時間為0.7h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四相同。具體實施方式七本實施方式與具體實施方式一至六不同的是步驟二中將0.450.55g的SBA-15加入到混合溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六相同。具體實施方式八本實施方式與具體實施方式一至六不同的是步驟二中將0.50g的SBA-15加入到混合溶液中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六相同。具體實施方式九本實施方式與具體實施方式一至八不同的是步驟二中攪拌時間為0.60.8h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至八相同。具體實施方式十本實施方式與具體實施方式一至八不同的是步驟二中攪拌時間為0.7h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至八相同。具體實施方式i^一本實施方式與具體實施方式一至十不同的是步驟三中將5.016.OmL的!120逐滴加入到固液混合物中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十相同。具體實施方式十二本實施方式與具體實施方式一至十不同的是步驟三中將7.014.OmL的!120逐滴加入到固液混合物中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十相同。具體實施方式十三本實施方式與具體實施方式一至十不同的是步驟三中將10.OmL的H20逐滴加入到固液混合物中。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十相同。具體實施方式十四本實施方式與具體實施方式一至十三不同的是步驟三中攪拌時間為2.22.8h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十三相同。具體實施方式十五本實施方式與具體實施方式一至十三不同的是步驟三中攪拌時間為2.5h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十三相同。具體實施方式十六本實施方式與具體實施方式一至十五不同的是步驟四中將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌4次。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十五相同。具體實施方式十七本實施方式與具體實施方式一至十六不同的是步驟四中置于溫度為8595t:條件下干燥2123h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十六相同。具體實施方式十八本實施方式與具體實施方式一至十六不同的是步驟四中置于溫度為9(TC條件下干燥22h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十六相同。具體實施方式十九本實施方式與具體實施方式一至十八不同的是步驟四中在溫度為51054(TC條件下焙燒45h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十八相同。具體實施方式二十本實施方式與具體實施方式一至十八不同的是步驟四中在溫度為52(TC條件下焙燒4.5h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十八相同。具體實施方式二十一本實施方式與具體實施方式一至二十不同的是步驟一中攪拌速率為450r/min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至二十相同。具體實施方式二十二本實施方式與具體實施方式一至二十一不同的是步驟二中攪拌速率為550r/min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至二i^一相同。具體實施方式二十三本實施方式與具體實施方式一至十八不同的是步驟三中攪拌速率為450r/min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至十八相同。具體實施方式二十四本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將0.46mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌0.5h，得混合溶液；二、將0.5g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為500r/min的條件下攪拌0.8h，得固液混合物；三、將4.2mL的!120逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌2.5h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌4次，然后置于溫度為10(TC條件下干燥24h，再在溫度為55(TC條件下焙燒3h，即得納米態(tài)Ti0ySBA-15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為l:10。本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化中Ti02的負載量為20%;經(jīng)測得，本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的BET比表面積為568.3m7g，平均孔體積為1.924cmVg，平均孔徑為12.813nm，Ti02粒徑為5.56nm。本實施方式步驟二中SBA-15的BET比表面積為590.3m7g，平均孔體積為1.963cmVg，平均孔徑為15.229nm，通過測得的數(shù)據(jù)可知在Ti02在沒有改變SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的前提下，負載于SBA-15的孔道和表面，并且Ti02的顆粒大小被有效地控制在了10nm以下。具體實施方式二十五本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將0.92mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為500r/min的條件下攪拌0.6h，得混合溶液；二、將0.5g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為600r/min的條件下攪拌lh，得固液混合物；三、將8.3mL的H20逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌3h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌5次，然后置于溫度為8(TC條件下干燥24h，再在溫度為525t:條件下焙燒4h，即得納米態(tài)TiO"SBA-15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:10。本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑Ti02中Ti02的負載量為40%;經(jīng)測得，本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的BET比表面積為527.8m7g，平均孔體積為1.878cmVg，平均孔徑為12.534nm，Ti02粒徑為6.17nm。本實施方式步驟二中SBA-15的BET比表面積為590.3m7g，平均孔體積為1.963cmVg，平均孔徑為15.229nm，通過測得的數(shù)據(jù)可知在Ti02在沒有改變SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的前提下，負載于SBA-15的孔道和表面，并且1102的顆粒大小被有效地控制在了10nm以下。具體實施方式二十六本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將1.38mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌0.6h，得混合溶液；二、將0.5g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為550r/min的條件下攪拌0.6h，得固液混合物；三、將12.4mL的H20逐滴加入到固液混6合物中，然后在攪拌速率為500r/min的條件下攪拌2h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌4次，然后置于溫度為9(TC條件下干燥24h，再在溫度為55(TC條件下焙燒6h，即得納米態(tài)TiOySBA-15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為l:10。本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑Ti02中Ti02的負載量為60%;經(jīng)測得，本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的BET比表面積為522.3m7g，平均孔體積為1.832cmVg，平均孔徑為10.441nm，Ti02粒徑為7.67nm。本實施方式步驟二中SBA-15的BET比表面積為590.3m7g，平均孔體積為1.963cmVg，平均孔徑為15.229nm，通過測得的數(shù)據(jù)可知在Ti02在沒有改變SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的前提下，負載于SBA-15的孔道和表面，并且1102的顆粒大小被有效地控制在了10nm以下。具體實施方式二十七本實施方式制備納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將1.84mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌0.8h，得混合溶液；二、將0.5g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為500r/min的條件下攪拌lh，得固液混合物；三、將16.6mL的H20逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為450r/min的條件下攪拌2.5h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌4次，然后置于溫度為IO(TC條件下干燥24h，再在溫度為55(TC條件下焙燒5h，即得納米態(tài)Ti0ySBA-15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為l:10。本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑Ti02中Ti02的負載量為80%;經(jīng)測得，本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的BET比表面積為520.0m7g，平均孔體積為1.655cmVg，平均孔徑為9.943nm，Ti02粒徑為7.97nm。本實施方式步驟二中SBA-15的BET比表面積為590.3m7g，平均孔體積為1.963cmVg，平均孔徑為15.229nm，通過測得的數(shù)據(jù)可知在Ti02在沒有改變SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的前提下，負載于SBA-15的孔道和表面，并且1102的顆粒大小被有效地控制在了10nm以下。將本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑應(yīng)用于羅丹明B的光降解中，以確定其光催化活性。(1)取濃度為10mg/L、100ml的羅丹明B溶液，加入0.05g本實施方式得到的納米態(tài)TiOySBA-15光催化劑后，在無光照的條件下，暗反應(yīng)30min，當(dāng)溶液的吸光度不再變化時，則證明溶液已經(jīng)達到吸附平衡；(2)將羅丹明B溶液轉(zhuǎn)移到光反應(yīng)容器中，光源(30W的紫外燈)垂直于溶液表面，距離20cm;每隔30min取5ml溶液，離心操作后取上清溶液，進行吸光度的測試，通過羅丹明B溶液的濃度的減小，以及光照前后的濃度變化來確定本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的光催化活性。將本實施方式得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑、純Ti02納米顆粒、SBA-15及使用傳統(tǒng)方法合成的Ti02/SBA-15光催化效果作比較，降解率效果比較結(jié)果如表1所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注頂代表傳統(tǒng)的浸漬法。表1中Ti02/SBA-15_20(IH)為具體實施方式二十四得到的產(chǎn)物；Ti02/SBA-15-40(IH)為具體實施方式二十五得到的產(chǎn)物；Ti02/SBA-15-60(IH)為具體實施方式二十六得到的產(chǎn)物；Ti02/SBA-15-80(IH)為具體實施方式二十七得到的產(chǎn)物。Ti02/SBA-15-60(IM)為采用傳統(tǒng)的浸漬法制備得到Ti02/SBA-15-60中Ti02的負載量為60%。通過表1可以看出采用本發(fā)明的方法制備得到的納米態(tài)Ti02/SBA_15光催化劑比工業(yè)上使用的Ti02納米顆粒和使用傳統(tǒng)方法合成的TiO"SBA-15，均具有更好的光催化活性，其降解率可提高11%35%。通過圖2可知Ti02的負載并沒有損壞SBA-15的介孔結(jié)構(gòu)，只是隨著負載量的增加，SBA-15結(jié)構(gòu)的有序度有所下降。通過圖3可以看出不同負載量的1102已經(jīng)成功地負載于SBA-15上，且在得到Ti02/SBA-15中的Ti02都具有銳鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)公式D=kA/|3cose，可知Ti02的顆粒大小已經(jīng)被控制在10nm以下，相比傳統(tǒng)方法制備的Ti(VSBA-15，在限制Ti02的顆粒大小方面更加具有優(yōu)越性。權(quán)利要求一種納米態(tài)TiO2/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于制備納米態(tài)TiO2/SBA-15光催化劑的方法按以下步驟實現(xiàn)一、將0.2～2mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中，然后在攪拌速率為400～500r/min的條件下攪拌0.5～1h，得混合溶液；二、將0.4～0.6g的SBA-15加入到混合溶液中，然后在攪拌速率為500～600r/min的條件下攪拌0.5～1h，得固液混合物；三、將4.0～17.0mL的H2O逐滴加入到固液混合物中，然后在攪拌速率為400～500r/min的條件下攪拌2～3h，得乳狀物；四、將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌3～5次，然后置于溫度為80～100℃條件下干燥20～24h，再在溫度為500～580℃條件下焙燒3～6h，即得納米態(tài)TiO2/SBA-15光催化劑；其中步驟一中鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1∶10。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中將0.31.8mL的鈦酸四丁酯加入到乙醇溶液中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中攪拌時間為0.60.8h。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟二中將0.450.55g的SBA-15加入到混合溶液中。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟二中攪拌時間為0.60.8h。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中將5.016.0mL的H20逐滴加入到固液混合物中。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟三中攪拌時間為2.22.8h。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中將乳狀物用無水乙醇抽濾洗滌4次。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6或8所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中置于溫度為8595"條件下干燥2123h。10.根據(jù)權(quán)利要求9或所述的一種納米態(tài)Ti02/SBA-15光催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中在溫度為52055(TC條件下焙燒45h。全文摘要一種納米態(tài)TiO2/SBA-15光催化劑的制備方法，它涉及一種TiO2光催化劑的制備方法。它解決了現(xiàn)有方法制備TiO2/SBA-15光催化劑存在的吸附性差、光降解效率低和TiO2粉末易分散的問題。方法1.制備混合溶液；2.制備固液混合物；3.制備乳狀物；4.將乳狀物抽濾洗滌，然后干燥，再焙燒，即得納米態(tài)TiO2/SBA-15光催化劑。本發(fā)明得到的產(chǎn)品純度高、吸附性能好、光降解效率高、得到的產(chǎn)物具有銳鈦礦型的納米顆粒；本發(fā)明原材料價格便宜、工藝簡單且設(shè)備簡單。文檔編號B01J29/00GK101733139SQ20091021744公開日2010年6月16日申請日期2009年12月28日優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日發(fā)明者唐翔波,強亮生,王余,王忠凱,馬晶申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)