摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料及制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種摻釹的二氧化鈦/炭復(fù)合氣凝膠材料，由未形成晶體的釹、無(wú)定型炭和銳鈦礦型二氧化鈦組成，無(wú)定型炭、銳鈦礦型二氧化鈦和未形成晶體的釹的質(zhì)量比為1：0.6：0.04?0.20。本發(fā)明還提供了上述氣凝膠材料的制備方法，以間苯二酚和碳酸鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠?凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦為鈦源前前驅(qū)體，硝酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，該材料用于可見(jiàn)光或紫外光催化降解有機(jī)染料。本發(fā)明在光催化降解有機(jī)染料等方面表現(xiàn)出優(yōu)于單一納米二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的光催化性能。而且本發(fā)明的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
【專利說(shuō)明】
摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料及制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種氣凝膠材料，具體來(lái)說(shuō)是一種摻釹的二氧化鈦/ 炭雜化氣凝膠材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣凝膠通常是指以納米顆粒相互聚集構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)為骨架，并在網(wǎng)絡(luò)骨架 孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料。納米材料是上世紀(jì)80年代興起的一種新型 材料，其優(yōu)異的性能引起了世界各國(guó)的熱切關(guān)注，甚至認(rèn)為會(huì)改變我們的生活。納米尺度指 的是l-100nm這個(gè)范圍，物質(zhì)在這個(gè)尺度下將表現(xiàn)出不同于宏觀物質(zhì)與微觀粒子的效應(yīng)， 如:表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。這些效應(yīng)使得納 米材料在化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等方面具備了許多特殊的性質(zhì)。目前納米材料已在 陶瓷材料、冶金、超導(dǎo)材料、化工、航空航天、醫(yī)藥和生物工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氣 凝膠作為一種納米材料，除具有一般意義的納米材料的特性外，還具有一系列優(yōu)異的性質(zhì)， 如:極高的孔隙率、高比表面積、極低的密度、低的熱導(dǎo)率和低的聲音傳播速率等，在催化、 航天、醫(yī)藥、能源、建筑和冶金等方面有著巨大的應(yīng)用前景。
[0003] 氣凝膠有很多種類，大致可以分為有機(jī)氣凝膠、無(wú)機(jī)氣凝膠和有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化氣凝 膠。利用溶膠-凝膠法制備的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料在陶瓷、高分子化學(xué)、無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域 吸引了眾多研究工作者的興趣。雜化或復(fù)合不僅僅是將材料的某些性質(zhì)簡(jiǎn)單加和，更重要 的是可能會(huì)出現(xiàn)相互協(xié)同效應(yīng)而表現(xiàn)出更好的優(yōu)良性能。如1985年Wilkes等用溶膠-凝膠 法將聚二甲硅氧烷的聚合物/低聚物與硅玻璃雜化，制備出了透明的納米雜化材料，這種材 料擁有別的材料所不具備的獨(dú)特性質(zhì)。但對(duì)于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化氣凝膠的研究則比較少，其中 對(duì)Si0 2/C雜化氣凝膠研究的最多。由于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化氣凝膠兼具了有機(jī)和無(wú)機(jī)氣凝膠的 特點(diǎn)，更能克服單一氣凝膠在制備過(guò)程中的某些缺點(diǎn)，也成為了近年來(lái)研究的熱門(mén)課題。
[0004] 二氧化鈦氣凝膠由于其耐熱性優(yōu)于二氧化硅氣凝膠，而且催化活性也很高，因此 引起了許多研究學(xué)者的關(guān)注。
[0005] 炭氣凝膠的可導(dǎo)電性也使得其在許多方面顯示出了優(yōu)良的應(yīng)用特性。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料對(duì)可見(jiàn)光具有很好的響應(yīng)，但其中的 銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦在高溫下容易引起相變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣 凝膠材料及其制備方法，所述的這種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料及其制備方法要 解決現(xiàn)有技術(shù)二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料中的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦在高溫下容易引起 相變的技術(shù)問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明提供了一種摻釹的二氧化鈦/炭復(fù)合氣凝膠材料，所述的摻釹的二氧化鈦/ 炭復(fù)合氣凝膠材料由無(wú)定型炭、銳鈦礦型二氧化鈦和未形成晶體的釹組成，無(wú)定型炭、銳鈦 礦型二氧化鈦和未形成晶體的釹的質(zhì)量比為1:0.6:0.04-0.20。
[0009]進(jìn)一步的，無(wú)定型炭、銳欽礦型二氧化欽和未形成晶體的欽的質(zhì)量比為1:0.6 : 0.08-0.16。
[0010]進(jìn)一步的，所述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的比表面積為100_350m2/ g，孔徑為 l_35nm，孔容為 0.01-0.06cm3/g，密度為 250-280kg/m3〇
[0011]本發(fā)明還提供了上述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，以 間苯二酚和碳酸鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦 為鈦源前驅(qū)體，硝酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的 二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。
[0012 ]進(jìn)一步的，上述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，包括如下 步驟：
[0013] 1)-個(gè)制備溶膠的步驟，將間苯二酚和碳酸鈉組成的混合溶液用去離子水充分溶 解后得到溶液A;將有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫饺苣z;所述的間苯二酚、碳 酸鈉、甲醛和去離子水的質(zhì)量比為7.185:0.006:3~5:18~30;
[0014] 2)將溶膠老化的步驟，將步驟（1)所得的溶膠在60~80°C的水浴鍋中，老化5-7天 后得到凝膠；
[0015] 3)-個(gè)交換溶劑的步驟，用無(wú)水乙醇浸泡步驟2)老化后的凝膠5-10天，置換出其 中的水和氯離子后，得到有機(jī)雜化濕凝膠；
[0016] 4)-個(gè)超臨界干燥的步驟，對(duì)步驟3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正 己烷為干燥介質(zhì)，控制壓力5~7MPa、溫度220~260°C下進(jìn)行超臨界干燥0.5~2h后進(jìn)行泄 壓，泄壓過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從5~7MPa下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化 氣凝膠；
[0017] 5)-個(gè)炭化的步驟，對(duì)步驟4)所得有機(jī)雜化氣凝膠放置于一個(gè)炭化爐中，氮?dú)夥?圍下控制升溫速率為2 °C/min，將溫度升至750~850 °C下炭化2~4h，得到炭氣凝膠材料；
[0018] 6)-個(gè)浸漬的步驟，稱取一定量的硝酸釹和四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶 解得到溶液B，稱取適量的步驟5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬20~ 30h;所述的四氯化鈦的質(zhì)量為間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的總質(zhì)量的5~9%;所用 的硝酸釹的質(zhì)量為間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的總質(zhì)量的0.09-0.3%;
[0019] 7)-個(gè)焙燒的步驟，對(duì)步驟6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)?氛圍下控制升溫速率為5°C/min，將溫度升至450~550°C下焙燒2~4h，得到摻釹的二氧化 鈦/炭雜化氣凝膠材料；
[0020] 進(jìn)一步的，所述的間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的質(zhì)量比為7.185:0.006: 3.91:18.73。
[0021] 本發(fā)明還提供了上述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料用于可見(jiàn)光或紫外光 催化降解有機(jī)染料。
[0022]進(jìn)一步的，摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料用于可見(jiàn)光或紫外光催化降解有 機(jī)染料亞甲基藍(lán)。
[0023]本發(fā)明將稀土元素釹、二氧化鈦和炭雜化得到的摻釹二氧化鈦/炭雜化氣凝膠兼 優(yōu)異的孔結(jié)構(gòu)分布的優(yōu)點(diǎn)之外，還能夠表現(xiàn)出更好的光催化降解有機(jī)染料及電吸附脫附去 氟離子等性能。
[0024] 由于納米二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎┯糜诠獯呋到庥袡C(jī)染料已得到十分廣泛的應(yīng)用， 而炭材料則因其多孔結(jié)構(gòu)而對(duì)有機(jī)染料大分子有較強(qiáng)的吸附功能，稀土元素的摻雜能夠抑 制銳欽礦結(jié)構(gòu)的^氧化欽在尚溫下的相變，提尚相同條件下^氧化欽納米顆粒的催化活 性。因此摻雜稀土元素的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料將會(huì)在光催化降解有機(jī)染料等方面 表現(xiàn)出優(yōu)于二氧化鈦/炭雜化氣凝膠的光催化性能。
[0025] 本發(fā)明由未形成晶體的釹、無(wú)定型炭和銳鈦礦型二氧化鈦組成，其結(jié)構(gòu)為典型的 介孔材料。由于摻雜了稀土元素釹，解決了銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦在高溫下容易引起相變 的這一技術(shù)問(wèn)題，使其光催化降解有機(jī)染料的效果有了很大提高。而且，本發(fā)明在光催化降 解有機(jī)染料等方面表現(xiàn)出優(yōu)于單一納米二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的光催化性能。
[0026]本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明由于是利用溶膠-凝膠法和 浸漬法制備出了摻釹二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，因此具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單特點(diǎn)。且由于采 用的前驅(qū)物是廉價(jià)的四氯化鈦，因此還具有生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是實(shí)施例1所得的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0029]所用的X射線衍射儀是日本的Rigaku公司的D/MAX2000，條件為：Cu靶，掃描范圍 10-80°，掃描速度為5°/min。將樣品在瑪瑙研缽中研成粉末，然后進(jìn)行測(cè)試。
[0030] 所用的超臨界干燥設(shè)備為威海自控反應(yīng)釜有限公司的WHFS-5型高壓釜。
[0031] 所用的炭化爐為上海祖發(fā)實(shí)業(yè)有限公司的SX2-12-12型豎式炭化爐。
[0032] 本發(fā)明所用的各種原料的規(guī)格及生產(chǎn)廠家如下表：
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，由未形成晶體的釹，無(wú)定形炭和銳鈦礦 型二氧化鈦組成，且按質(zhì)量比計(jì)算，其中無(wú)定型炭:銳鈦礦型二氧化鈦:未形成晶體的釹為 1:0.6:0.04-0.20〇
[0036]上述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，即以間苯二酚和碳 酸鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦為鈦源前驅(qū)體， 硝酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的二氧化鈦/炭雜 化氣凝膠材料。
[0037]上述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，具體包括如下步驟：
[0038] (1)、溶膠的制備
[0039] 將7.185g間苯二酚和0.006g碳酸鈉組成的混合溶液用18.73g去離子水充分溶解 后得到溶液A;
[0040]將3.91g有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢鑜h后得到凝膠；
[00411 (2)、溶膠的老化
[0042]將步驟(1)所得的溶膠在70°C的水浴鍋中，進(jìn)行老化5-7天得到凝膠；
[0043] (3)、溶劑交換
[0044] 用無(wú)水乙醇浸泡步驟(2)老化后的凝膠5-10天，置換出其中的水和氯離子后，得到 有機(jī)雜化濕凝膠；
[0045] (4)、超臨界干燥
[0046]對(duì)步驟(3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正己烷為干燥介質(zhì)，控制壓力 6MPa、溫度240°C下進(jìn)行超臨界干燥lh后進(jìn)行泄壓，泄壓過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從6MPa 下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化氣凝膠；
[0047] (5)、炭化
[0048] 對(duì)步驟（4)所得有機(jī)雜化氣凝膠在炭化爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮俾蕿?°C/ min，將溫度升至800 °C下炭化3h，得到炭氣凝膠材料。
[0049] (6)、浸漬
[0050]稱取0.04g的硝酸釹和2.375g的四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶解得到溶液 B，稱取適量的步驟(5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬24h;
[0051] ⑴、焙燒
[0052] 對(duì)步驟(6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮?率為5 °C /min，將溫度升至500 °C下焙燒3h，得到摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。
[0053]上述所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料通過(guò)X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，所得 的XRD圖如圖1所示，從圖1中可以看出所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料中二氧化 鈦晶粒為銳鈦礦型結(jié)構(gòu)，沒(méi)有出現(xiàn)釹的晶體結(jié)構(gòu)特征峰。
[0054]對(duì)照實(shí)施例1
[0055] -種摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，由無(wú)定形炭和銳鈦礦型二氧化鈦組 成，且按質(zhì)量比計(jì)算，其中無(wú)定型炭:銳鈦礦型二氧化鈦:未形成晶體的釹為1:0.6:0.04-0.20〇
[0056]上述的摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，即以間苯二酚和碳酸 鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦為鈦源前驅(qū)體，硝 酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的二氧化鈦/炭雜化 氣凝膠材料。
[0057]上述的摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法如下：
[0058] (1)、溶膠的制備
[0059] 將7.185g間苯二酚和0.006g碳酸鈉組成的混合溶液用18.73g去離子水充分溶解 后得到溶液A;
[0060] 將3.91g有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢鑜h后得到凝膠；
[0061] (2)、溶膠的老化
[0062]將步驟(1)所得的溶膠在70°C的水浴鍋中，進(jìn)行老化5-7天得到凝膠；
[0063] (3)、溶劑交換
[0064]用無(wú)水乙醇浸泡步驟(2)老化后的凝膠5-10天，置換出其中的水和氯離子后，得到 有機(jī)雜化濕凝膠；
[0065] (4)、超臨界干燥
[0066]對(duì)步驟(3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正己烷為干燥介質(zhì)，控制壓力 6MPa、溫度240°C下進(jìn)行超臨界干燥lh后進(jìn)行泄壓，泄壓過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從6MPa 下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化氣凝膠；
[0067] (5)、炭化
[0068] 對(duì)步驟（4)所得有機(jī)雜化氣凝膠在炭化爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮俾蕿?°C/ min，將溫度升至800 °C下炭化3h，得到炭氣凝膠材料。
[0069] (6)、浸漬
[0070]稱取0.02g的硝酸釹和2.375g四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶解得到溶液B， 稱取適量的步驟(5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬24h;
[0071] ⑴、焙燒
[0072] 對(duì)步驟(6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮?率為5 °C /min，將溫度升至500 °C下焙燒3h，得到摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。
[0073] 將上述實(shí)施例1所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料和對(duì)照實(shí)施例1所得的 摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，在紫外光照射下催化降解亞甲基藍(lán)：
[0074]實(shí)施例1所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，在光照60min亞甲基藍(lán)的降 解率為97.78%，光照180min后的降解率為100%，
[0075]而對(duì)照實(shí)施例1所得的雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，同樣的光照60min亞 甲基藍(lán)的降解率為51.44% ;同樣的光照180min亞甲基藍(lán)的降解率為97.8 % ;
[0076] 結(jié)果見(jiàn)下表：
[0077]上述的紫外光催化下降解亞甲基藍(lán)的數(shù)據(jù)如下表：
[0079]將上述實(shí)施例1所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料和對(duì)照實(shí)施例1所得的 摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料在可見(jiàn)光照射下催化降解亞甲基藍(lán)：
[0080]對(duì)照實(shí)施例1所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，在光照60min后的降解 率達(dá)到1.39%，光照180min后的降解率達(dá)到2.50% ;
[0081]而實(shí)施例1所得的摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，同樣的光照60min亞甲 基藍(lán)的降解率為2.12 % ;同樣的光照180min亞甲基藍(lán)的降解率為3.75 %，結(jié)果如下表； [0082]上述的可見(jiàn)光催化下降解亞甲基藍(lán)的數(shù)據(jù)如下表：
[0084] 綜上所述，在相同光源、相同光照時(shí)間下，本發(fā)明實(shí)施例1所得的摻釹的二氧化鈦/ 炭雜化氣凝膠材料比對(duì)照實(shí)施例1所得的摻雜釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料降解亞甲 基藍(lán)的降解率要高，且隨著光照時(shí)間的增加，降解率逐漸增加。因此，本發(fā)明的一種摻釹 (0.04g)的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料在光催化降解有機(jī)染料方面表現(xiàn)出優(yōu)于摻雜釹 (0.02g)的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的光催化性能。
[0085] 實(shí)施例2
[0086] -種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，由未形成晶體的釹，無(wú)定形炭和銳鈦礦 型二氧化鈦組成，且按質(zhì)量比計(jì)算，其中無(wú)定型炭:銳鈦礦型二氧化鈦:未形成晶體的釹為 1:0.6:0.04-0.20〇
[0087] 上述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，即以間苯二酚和碳酸鈉 為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦為鈦源前驅(qū)體，硝酸 釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣 凝膠材料。
[0088] 上述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，具體包括如下步驟：
[0089] (1)、溶膠的制備
[0090] 將7.185g間苯二酚和0.006g碳酸鈉組成的混合溶液用18.73g去離子水充分溶解 后得到溶液A;
[0091 ]將3.91g有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢鑜h后得到凝膠；
[0092] (2)、溶膠的老化
[0093]將步驟(1)所得的溶膠在70°C的水浴鍋中，進(jìn)行老化5-7天得到凝膠；
[0094] (3)、溶劑交換
[0095] 用無(wú)水乙醇浸泡步驟(2)老化后的凝膠5-10天，置換出其中的水和氯離子后，得到 有機(jī)雜化濕凝膠；
[0096] (4)、超臨界干燥
[0097]對(duì)步驟(3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正己烷為干燥介質(zhì)，控制壓力 6MPa、溫度240°C下進(jìn)行超臨界干燥lh后進(jìn)行泄壓，泄壓過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從6MPa 下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化氣凝膠；
[0098] (5)、炭化
[0099] 對(duì)步驟（4)所得有機(jī)雜化氣凝膠在炭化爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮俾蕿?°C/ min，將溫度升至800 °C下炭化3h，得到炭氣凝膠材料。
[0100] (6)、浸漬
[0101]稱取〇.〇6g硝酸釹和2.375g四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶解得到溶液B，稱 取1.5g的步驟(5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬24h;
[0102] (7)、焙燒
[0103] 對(duì)步驟(6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮?率為5 °C /min，將溫度升至500 °C下焙燒3h，得到摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。
[0104] 上述所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，最終的密度為250kg/m3。
[0105] 實(shí)施例3
[0106] -種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，由未形成晶體的釹，無(wú)定形炭和銳鈦礦 型二氧化鈦組成，且按質(zhì)量比計(jì)算，其中無(wú)定型炭:銳鈦礦型二氧化鈦:未形成晶體的釹為 1:0.6:0.04-0.20〇
[0107] 上述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，即以間苯二酚和碳 酸鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯化鈦為鈦源前驅(qū)體， 硝酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻釹的二氧化鈦/炭雜 化氣凝膠材料。
[0108] 上述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，具體包括如下步驟：
[0109] (1)、溶膠的制備
[0110] 將7.185g間苯二酚和0.006g碳酸鈉組成的混合溶液用18.73g去離子水充分溶解 后得到溶液A;
[0111] 將3.91g有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢鑜h后得到凝膠；
[0112] (2)、溶膠的老化
[0113] 將步驟(1)所得的溶膠在70°C的水浴鍋中，進(jìn)行老化5-7天得到凝膠；
[0114] (3)、溶劑交換
[0115] 用無(wú)水乙醇浸泡步驟(2)老化后的凝膠5-10天，置換出其中的水和氯離子后，得到 有機(jī)雜化濕凝膠；
[0116] (4)、超臨界干燥
[0117]對(duì)步驟(3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正己烷為干燥介質(zhì)，控制壓力 6MPa、溫度240°C下進(jìn)行超臨界干燥lh后進(jìn)行泄壓，泄壓過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從6MPa 下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化氣凝膠；
[0118] (5)、炭化
[0119] 對(duì)步驟（4)所得有機(jī)雜化氣凝膠在炭化爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮俾蕿?°C/ min，將溫度升至800 °C下炭化3h，得到炭氣凝膠材料。
[0120] (6)、浸漬
[0121]稱取0.08g硝酸釹和2.375g四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶解得到溶液B，稱 取1.5g的步驟(5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬24h;
[0122] (7)、焙燒
[0123] 對(duì)步驟(6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)夥諊驴刂粕郎厮?率為5 °C /min，將溫度升至500 °C下焙燒3h，得到摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。
[0124] 上述所得的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，最終的密度為280kg/m3。
[0125] 上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等 效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種摻釹的二氧化鈦/炭復(fù)合氣凝膠材料，其特征在于:所述的摻釹的二氧化鈦/炭 復(fù)合氣凝膠材料由無(wú)定型炭、銳鈦礦型二氧化鈦和未形成晶體的釹組成，無(wú)定型炭、銳鈦礦 型二氧化鈦和未形成晶體的釹的質(zhì)量比為1:0.6:0.04-0.20。2. 如權(quán)利要求1所述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，其特征在于:無(wú)定型 炭、銳鈦礦型二氧化鈦和未形成晶體的釹的質(zhì)量比為1 :〇. 6:0.08-0.16。3. 如權(quán)利要求1所述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料，其特征在于:所述的 摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的比表面積為l〇〇_350m 2/g，孔徑為l-35nm，孔容為 0 · 01-0 · 06cm3/g，密度為 250-280kg/m3。4. 權(quán)利要求1所述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，其特征在 于：以間苯二酚和碳酸鈉為原料，甲醛為催化劑，通過(guò)溶膠-凝膠法制得炭氣凝膠，再以四氯 化鈦為鈦源前驅(qū)體，硝酸釹為摻雜劑，無(wú)水乙醇為溶劑，通過(guò)浸漬法制得具有介孔結(jié)構(gòu)的摻 釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料。5. 如權(quán)利要求4所述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，其特征在 于包括如下步驟： 1) 一個(gè)制備溶膠的步驟，將間苯二酚和碳酸鈉組成的混合溶液用去離子水充分溶解后 得到溶液A;將有機(jī)溶劑甲醛加入溶液A中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫饺苣z;所述的間苯二酚、碳酸鈉、 甲醛和去離子水的質(zhì)量比為7.185:0.006:3~5: 18~30; 2) 將溶膠老化的步驟，將步驟(1)所得的溶膠在60~80°C的水浴鍋中，老化5-7天后得到 凝膠； 3) -個(gè)交換溶劑的步驟，用無(wú)水乙醇浸泡步驟2)老化后的凝膠5-10天，置換出其中的 水和氯離子后，得到有機(jī)雜化濕凝膠； 4) 一個(gè)超臨界干燥的步驟，對(duì)步驟3)所得到的有機(jī)雜化濕凝膠在高壓釜中，以正己烷 為干燥介質(zhì)，控制壓力5~7MPa、溫度220~260°C下進(jìn)行超臨界干燥0.5~2h后進(jìn)行泄壓，泄壓 過(guò)程控制在將高壓釜內(nèi)壓力從5~7MPa下降為OMPa所需時(shí)間為1-2h，得到有機(jī)雜化氣凝膠； 5) -個(gè)炭化的步驟，對(duì)步驟4)所得有機(jī)雜化氣凝膠放置于一個(gè)炭化爐中，氮?dú)夥諊?控制升溫速率為2 °C /min，將溫度升至750~850°C下炭化2~4h，得到炭氣凝膠材料； 6) -個(gè)浸漬的步驟，稱取一定量的硝酸釹和四氯化鈦，以無(wú)水乙醇為溶劑，充分溶解得 到溶液B，稱取適量的步驟5)得到的炭雜化氣凝膠將浸泡在混合溶液B中，浸漬20~30h;所述 的四氯化鈦的質(zhì)量為間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的總質(zhì)量的5~9%;所用的硝酸釹的 質(zhì)量為間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的總質(zhì)量的0.09-0.3%; 7) -個(gè)焙燒的步驟，對(duì)步驟6)所的摻雜釹的二氧化鈦/炭氣凝膠在馬弗爐中，氮?dú)夥諊?下控制升溫速率為5 °C/min，將溫度升至450~550 °C下焙燒2~4h，得到摻釹的二氧化鈦/炭雜 化氣凝膠材料。6. 如權(quán)利要求5所述的一種摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料的制備方法，其特征在 于:所述的間苯二酚、碳酸鈉、甲醛和去離子水的質(zhì)量比為7.185:0.006:3.91: 18.73。7. 權(quán)利要求1所述的摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料用于可見(jiàn)光或紫外光催化降 解有機(jī)染料。8. 如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，摻釹的二氧化鈦/炭雜化氣凝膠材料用于可見(jiàn)光或紫外光 催化降解有機(jī)染料亞甲基藍(lán)。
【文檔編號(hào)】C02F101/30GK105879800SQ201610364063
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】邵霞, 鄭勵(lì), 張志麗, 張睿, 金雙玲
【申請(qǐng)人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院