一种具有弱光催化的纳米二氧化钛及其制备方法

技术领域

[0001]本发明涉及环保技术领域，具体为一种具有弱光催化的纳米二氧化钛及其制备方法。

背景技术

[0002]纳米二氧化钛作为一种重要的无机功能材料，二氧化钛材料在许多领域显示出了其优异的性能，由此其应用前景也十分广阔。纳米材料是近些年来开发的一种新型材料，具有催化性能高表面活性高等特点。相对于二氧化钛粉体而言，二氧化钛纳米材料也表现出了许多优异的特性，成为近几年国内外研究的热点。在二氧化钛纳米材料中研究较多的是二氧化钛纳米膜、二氧化钛的改性材料等以及它们的制备结构、相变及光催化性能。二氧化钛纳米管是二氧化钛纳米材料的一种，其具有优异的光电催化性能。因为相对于二氧化钛

纳米粉体与二氧化钛纳米膜而言，其拥有更大的比表面积，其吸附能力也更强。而国内外对二氧化钛纳米管的这种光电催化性能的研究与报道相对有限。而另一方面二氧化钛纳米管还有许多改进性能的空间。在理论上，管径10纳米左右的纳米管中掺杂入一些其他的有机、无机或者纳米磁性材料后，其光电催化性能将会有很大的改进。改进后的二氧化钛纳米管可应用与物理、化学的许多方面，有着可观的实用价值。

[0003]白于二氧化钛纳米材料的光催化性能优异，它成为近些年来研究的最多的光催化材料之一，其光催化自此多相催化在环保领域得到广泛应用。二氧化钛无毒且对人体无害，利用其较高的多相光催化性能在环境净化方面得到了广泛应用。由于其催化性能高、无毒、对人体无害且是对环境友好的材料，因此其光催化性能在环境净化和污水处理等方面有着显著优势。

[0004]通常情况下，普通的二氧化钛的禁带宽度较宽(锐钛矿为3.2eV、金红石为3.OeV)，如此高的能带宽度只能通过紫外线或能量较高的可见光将其激发，这严重降低了二氧化钛对光能的利用效率。同时，由于二氧化钛纳米粉体的低可溶性，这使得其在实际应用中受到了很大的限制。为此，我们提出一种具有弱光催化的纳米二氧化钛及其制备方法。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种具有弱光催化的纳米二氧化钛及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有弱光催化的纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

[0007]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进

行热液反应；

[0008]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温；

[0009]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0010]优选的，所述步骤SI在df-101s集热式磁力搅拌器搅拌之后用200ml的去离子水和0.3mol的HN03调整溶液酸度，去离子水的PH值为3，在热液反应后将样品用离心机离心出来，并用超声波清洗易清洗30分钟，之后将所得样品在45℃条件下干燥24小时，取出待用。

[0011]优选的，所述步骤S2中混合液装约高压反应釜内壁的三分之二至五分之四处。

[0012]优选的，所述步骤S2中所得产物用去先离子水洗涤至中性，然后超声分散于

0.Imol的HN03溶液中，再用燕馏水洗涤至中性，过滤后将产物放入80℃烘箱中烘干，之后所得到的产物即为Ti02纳米管。

[0013]优选的，所述步骤S3中混合溶液在干燥箱中120℃条件下保温约2小时，之后在室温中自然冷却，将溶液放入离心机中离心清洗，最后干燥得到成品。

[0014]本发明还提供了一种上述制备方法制得的具有弱光催化的纳米二氧化钛。

[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的纳米二氧化钛不仅具有水分散性高的特点，还模拟发光二极管的原理，通过掺杂的贵金属及稀有金属离子，增加自然光线反射和折射，使二氧化钛与掺杂物形成PN结，有效的分离了导带电子与能带空穴的复

合作用，从而提高了纳米二氧化钛在弱光下的吸收，同时也具有更佳的光催化效果，解决了现有二氧化钛对光能的利用效率低，实际应用中受到了很大限制的问题。

具体实施方式

[0016]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0017]本发明提供一种技术方案：

[0018]～种具有弱光催化的纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

[0019]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进

行热液反应；

[0020]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温；

[0021]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0022]本发明还提供了一种上述制备方法制得的具有弱光催化的纳米二氧化钛。

[0023]实施例一：

[0024]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进

行热液反应；

[0025]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温；

[0026]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到合lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0027]实施例二：

[0028]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，在df-101s集热式磁力搅拌器搅拌之后用200ml的去离子水和0.3mol的HN03调整溶液酸度，

去离子水的PH值为3，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进行热液反应，在热液反应后将样品用离心机离心出来，并用超声波清洗易清洗30分钟，之后将所得样品在45℃条件下干燥24小时，取出待用；

[0029]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，然后密封将反应釜放入烘籍内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温；

[0030]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0031]实施例三：

[0032]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，在df-101s集热式磁力搅拌器搅拌之后用200ml的去离子水和0.3mol的HN03调整溶液酸度，去离子水的PH值为3，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进行热液反应，在热液反应后将样品用离心机离心出来，并用超声波清洗易清洗30分钟，之后将所得样品在45℃条件下干燥24小时，取出待用；

[0033]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，混合液装约高压反应釜内壁的三分之二至五分之四处，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温；

[0034]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0035]实施例四：

[0036]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，在df-101s集热式磁力搅拌器搅拌之后用200ml的去离子水和0.3mol的HN03调整溶液酸度，去离子水的PH值为3．之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进行热液反应，在热液反应后将样品用离心机离心出来，并用超声波清洗易清洗30分钟，之后将所得样品在45℃条件下干燥24小时，取出待用；

[0037]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，混合液装约高压反应釜内壁的三分之二至五分之四处，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温，所得产物用去先离子水洗涤至中性，然后超声分散于0.Imol的HN03溶液中，再用蒸馏水洗涤至中性，过滤后将产物放入80℃烘箱中烘干，之后所得到的产物即为Ti02纳米管；

[0038]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混舍溶液转移至反应釜中，将产物在干燥箱中将产物烘干得到成品。

[0039]实施例五：

[0040]SI:金红石型纳米Ti02粒子的制备：移取lOml钛酸丁酯于烧杯中，之后加入4ml丁醇，将烧杯置于df-101s集热式磁力搅拌器上df-101s集热式磁力搅拌器搅拌约1小时，再将其放置于df-101s集热式磁力搅拌器上在室温条件下搅拌约12小时，在df-101s集热式磁力搅拌器搅拌之后用200ml的去离子水和0.3mol的HN03调整溶液酸度，

去离子水的PH值为3，之后将搅拌后的溶液转移到不锈钢反应釜中，在120℃条件下保温4小时进行热液反应，在热液反应后将样品用离心机离心出来，并用超声波清洗易清洗30分钟，之后将所得样品在45℃条件下干燥24小时，取出待用；

[0041]S2：Ti02纳米管的制备：称取制备的二氧化钛纳米颗粒0.05g并将其分散于20mINaOH溶液中，NaOH溶液为lOmol，在df-101s集热式磁力搅拌器上搅拌均匀后，将混合液转移至以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中，混合液装约高压反应釜内壁的三分之二至五分之四处，然后密封将反应釜放入烘箱内，在110℃条件下加热约12小时，取出后自然冷却至室温，所得产物用去先离子水洗涤至中性，然后超声分散于0.Imol的HN03溶液中，再用燕馏水洗涤至中性，过滤后将产物放入80℃烘箱中烘干，之后所得到的产物即为Ti02kBJ米管；

[0042]S3:掺杂贵金属金的Ti02纳米管的制备：将制得的Ti02纳米管0.02g加入到含lOml巯基乙酸的20ml水溶液中，用df-101s集热式磁力搅拌器搅拌30分钟，再加入0.2ml的HAuC14溶液搅拌30min，HAuC14溶液为0.Imol，之后加入1%的5mol的柠檬酸三钠溶液，将混合溶液转移至反应釜中，混合溶液在干燥箱中120℃条件下保温约2小时，之后在室温中自然冷却，将溶液放入离心机中离心清洗，最后干燥得到成品。

[0043]本发明充分利用纳米二氧化钛生长机理，梯度合成介孔纳米二氧化钛，将其比表面积提高到200m2/g，提高其对污染物的吸附能力，此外，通过化学键合方式，直接将纳米二氧化钛接枝到二维无机多孔平面材料表面，将整体比表面积提高到300m2/g，能够高效、快速吸附空气中游离有害气体。

[0044]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。