光催化復合粉體及其制法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種冷凍干燥型Ti02/Si02光催化復合粉體及其制備方法一冷凍干燥法，屬于光催化材料技術領域。
【背景技術】
[0002]T12具有無毒、穩(wěn)定性高、光學性質優(yōu)良及催化活性高等優(yōu)點被廣泛應用，但T12禁帶寬度較大使得其對太陽光的利用率較低。另一方面，T12在使用過程中易受污染從而導致活性下降甚至消失。而Ti02/Si02復合材料具備良好的表面活性、絕緣性、良好的透明性以及較高的光催化活性，能夠有效解決上述難題。
[0003]目前制備Ti02/Si02復合材料的方法有共沉淀法、溶膠-凝膠法、氣相沉積法等，但上述方法中Ti02/Si02復合材料均是在較高的溫度下進行干燥處理，致使兩組分難以混合均勻且顆粒粒徑較大。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201010232209.2)以鈦酸丁酯為原材料制備T12亞微米球并分散到正硅酸乙酯溶膠中，并在130?140°C溫度下進行干燥發(fā)泡制得Ti02/Si02復合粉體；中國發(fā)明專利(專利號:CN 101549285A)將T12粉末的分散液與一定濃度的硅酸鈉溶液混合并依此通過陳化、離心以及干燥研磨等步驟制備Ti02/Si02復合粉體，且干燥溫度為100?110°C ;中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201210190865.X)分別以鈦酸四丁酯和正硅酸乙酯為原材料制備T12乳液和S12溶膠并按8:2-1的比例進行混合，隨后混合液在100°C下干燥20min并進一步煅燒制得Ti02/Si02復合材料。目前還未見采用冷凍干燥處理并以硅粉及T12粉末為主要原材料的Ti02/Si02復合材料。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明解決的技術難題在于提供一種制備Ti02/Si02光催化復合粉體的新方法一冷凍干燥法，該制備方法所需儀器設備簡單、原材料價格低廉并且制備工序簡單，所制備出的復合粉體粒徑分布較窄、形狀規(guī)整、純度和成品率高。
[0005]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn):
冷凍干燥型Ti02/Si02光催化復合粉體及其制備方法，其特征在于，包含以下步驟:將去250g離子水加入三口燒瓶并預熱到40?60°C，隨后加入I?30g單質硅粉和I?1g硅酸鈉快速攪拌并緩慢升溫至80?90°C，在升溫過程中分批加入50g —定濃度的硅酸鈉與氨水混合水溶液；
將上述混合液在80?90°C的水浴條件下反應2?9h，然后將混合液冷卻至室溫后抽濾可得到不同濃度的納米S12溶膠A ；
將占溶膠A質量比為0.05?0.6%的六偏磷酸鈉(SHMP)和0.1?1%聚乙二醇(PEG)加入到一定濃度的納米溶膠A中，并將納米T12粉末按照Si:Ti =1:1?7的比例，將納米T12粉末添加到溶膠A中并在一定超聲功率和頻率下將納米T12粉末處理0.1h?2.5h，最終得到T12分布均勻的復合預分散液B ；
將復合預分散液B放入冷凍干燥機中在-50?10°C的冷凍溫度及I?50Pa的真空度下進行干燥后得干凝膠，將干凝膠于300?60(TC進行恒溫煅燒，煅燒2.5?5.5h后取出并碾磨制得Si02/Ti02光催化復合粉體。
[0006]所述的硅粉為純度大于99%的單質硅粉，所述氨水為體積濃度為25?28%的氨水，所述硅酸鈉為分析純(AR)，所述納米T12粉體為粒徑20?25nm的銳鈦礦型Ti02。
[0007]所述硅酸鈉與氨水混合水溶液中硅酸鈉質量分數(shù)范圍為0.05?10%，氨水范圍為
I ?3%。
[0008]所述超聲處理由超聲設備提供，設備超聲功率設置范圍為40?100W，溫度設定為20?35°C，超聲頻率設置為30?40KHz。
[0009]所述的聚乙二醇為分析純且其分子量為1500?8000。
[0010]所述干燥過程是在-50?10°C的冷凍溫度及I?50Pa的真空度下進行的，復合粉體的煅燒是在空氣氛圍下恒溫煅燒的。
[0011]所述光催化復合粉體粒徑范圍為0.1?0.5 μ m。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下良好的技術效果:
本發(fā)明公開了一種冷凍干燥型Ti02/Si02光催化復合粉體及其制備方法一冷凍干燥法，屬于光催化材料技術領域。本發(fā)明以單質硅粉為主要反應物，以硅酸鈉及氨水為催化齊U，在水熱條件下反應后經冷卻、抽濾后制得納米S12溶膠A ;以溶膠A為分散液，以聚乙二醇(PEG)和六偏磷酸鈉(SHMP)為分散劑，在一定超聲功率和溫度下將納米T12超聲處理一段時間得到均勻分布的復合預分散液B ;隨后將復合預分散液B放入冷凍干燥機中，在設定的冷凍溫度與真空度下干燥以一定的冷凝速度進行干燥，最后將干燥后粉體煅燒研磨制得到Ti02/Si02光催化復合粉體。同時，本發(fā)明采用物理超聲和化學復合分散劑的綜合分散手段使得復合顆粒分布均勻且不易團聚沉淀。
[0013]除此之外，本發(fā)明所采用的單質硅粉等主要原材料價格低廉，制備工藝及反應設備要求簡單進而大大縮短生產周期，且制備過程中所使用的聚乙二醇(PEG)和六偏磷酸鈉(SHMP)均為有機物，在煅燒時可完全除去進而避免了雜質離子的引入。同時，采用冷凍干燥法進行干燥可使樣品中的水分在低溫高真空的條件下由冰直接升華且不受表面張力的作用，進而確保樣品的均勻性并減少顆粒團聚，最終所制備出的復合粉體純凈度高、粒徑分布均勻。
【具體實施方式】
[0014]以下結合具體實施案例對本發(fā)明做進一步詳細描述，其內容是對本發(fā)明的進一步解釋而不是限定。
[0015]實施例1
冷凍干燥型Ti02/Si02光催化復合粉體及其制備方法，包含以下步驟:
I)將去250g離子水加入三口燒瓶并預熱到40°C，隨后加入25g單質硅粉和5g硅酸鈉快速攪拌并緩慢升溫至90°C，在升溫過程中分批加入質量濃度為0.5%的硅酸鈉和質量濃度為2%的氨水混合水溶液50g ；
將上述混合液在90°C的水浴條件下反應2h，然后將混合液冷卻至室溫后抽濾可得到質量濃度為3.3%的納米S12溶膠A ；
將占溶膠A質量比為0.05%的六偏磷酸鈉(SHMP)和0.1%聚乙二醇2000加入到一定濃度的納米溶膠A中，并將納米T12粉末按照Si:Ti =1:7的比例，將納米T12粉末添力口到溶膠A中并在超聲功率90w、超聲頻率40KHz以及溫度25°C條件下對納米T12粉末進行2h超聲處理，最終得到T12分布均勻的復合預分散液B ；
將復合預分散液B放入冷凍干燥機中在-50°C的冷凍溫度及IPa的真空度下進行干燥，干燥后將干凝膠于350°C進行恒溫煅燒，煅燒2.5h后取出并碾磨制得Ti02/Si02光催化復合粉體。
[0016]實施例2
冷凍干燥型Ti02/Si02光催化復合粉體及其制備方法，包含以下步驟:
I)將去250g離子水加入三口燒瓶并預熱到45°C，隨后加入1g單質硅粉和5g硅酸鈉快速攪拌并緩慢升溫至80°C，在升溫過程中分批加入質量濃度為5%的硅酸鈉和質量濃度為2%的氨水混合水溶液50g ；
將上述混合液在80°C的水浴條件下反應5h，然后將混合液冷卻至室溫后抽濾可得到質量濃度為9.7%的納米S12溶膠A ；
將占溶膠A質量比為0.1%的六偏磷酸鈉(SHMP)和0.2%聚乙二醇4000加入到一定濃度的納米溶膠A中，并將納米1102粉末按照Si:Ti =1:5的比例，將納米T12粉末添加到溶膠A中并在超聲功率100w、超聲頻率40KHz以及溫度25°C條件下對納米T12粉末