專利名稱：一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法，屬于光催化技術領域。
背景技術：
二氧化鈦是一種重要的半導體材料，因其具有無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好及可重復利用等優(yōu)點，被廣泛應用于光催化、太陽能轉化、涂料、油漆和化妝品等領域。其中二氧化鈦光催化劑可吸收利用太陽光，在凈化工業(yè)污水等方面有較好的應用價值，因此被認為是一種有望同時緩解能源短缺和環(huán)境問題的優(yōu)異材料。然而，大量研究結果表明二氧化鈦材料的光化學活性等物理化學特性與其本身的形貌密切相關。因此，開發(fā)一種有效合成不同形貌二氧化鈦的方法已成為國內外研究的熱點。近年來，人們已成功合成了線形、棒形、球形及層狀等多種形貌的二氧化鈦材料。由于層狀結構存在較大的層間空隙，可以引入活性離子、氧化物或生物質等從而使其具有很大的應用潛力，然而制備層狀二氧化鈦的方法存在諸多不足。例如，據(jù)中國專利CN 102078805報道以氟鈦酸銨為鈦源，采用液相沉淀法，先通過35 8(TC低溫水熱，再經過高溫煅燒后成功制備了層狀二氧化鈦。但該方法采用的鈦源(氟鈦酸銨)價格較貴，該反應的溫度為35 80°C需加熱。例如，據(jù)中國專利CN 101791545報道以四氟化鈦為鈦源，苯甲醇為溶劑，采用溶劑熱法成功制備了層狀二氧化鈦。但該方法采用的鈦源(四氟化鈦)價格較貴，且溶劑苯甲醇的大量使用也不利于環(huán)保。例如，據(jù)中國專利CN 1543437A報道由多層狀鈦酸鹽經酸處理、解層及熱處理后成功制得層狀二氧化鈦。但該方法的合成過程較為復雜，需經三步處理。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有技術的不足而提出一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法；開辟了一條簡單的制備層狀二氧化鈦的新途徑。本發(fā)明的具體技術方案為一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法，具體制備步驟如下將有機酸和有機堿置于容器中，加入溶劑A使其溶解，記為溶液A ;將鈦源置于容器中，加入溶劑B使其溶解，記為溶液B ;將溶液B加入溶液A中，攪拌均勻后，用氨水調節(jié)溶液PH，繼續(xù)攪拌進行反應，經老化、離心、洗滌及干燥得層狀二氧化鈦材料。優(yōu)選有機酸為不同碳鏈長度的脂肪酸，其結構式為CnH2nO2，其中n=8 16。有機堿為不同碳鏈長度的脂肪胺，其結構式為CnH2n+3N，其中n=8 18 ;溶劑A為乙醇、異丙醇或正丁醇。鈦源為硫酸鈦、四氯化鈦或鈦酸四丁酯。溶劑B為硫酸、鹽酸、乙醇或異丙醇。溶劑A的加入量為溶解有機酸和有機堿即可。溶劑B的加入量為溶解鈦源即可。優(yōu)選有機酸與鈦源的摩爾比為O. 06 1.8 :1 ;有機堿與鈦源摩爾比為O. 05 I. 5: I。優(yōu)選反應溶液的pH為O. 5^7 ；反應時間為10 100小時；老化時間為10 60小時。
該材料光催化性能測試以紫外光下降解亞甲基藍(MB)溶液為探針反應，反應器為BI-GHX-V型光催化儀(上海比朗儀器有限公司)，紫外光源為500W高壓汞燈。具體實驗步驟如下在試管中加入25mg樣品和30ml 5mg/LMB溶液，黑暗攪拌I小時，吸附平衡后，開燈進行光催化反應，每隔10分鐘取樣，離心，紫外可見分光光度計測其吸光度，計算，分析MB溶液濃度變化情況。有益效果本發(fā)明具有顯著性特點，通過溶膠-凝膠法，在有機酸堿的協(xié)同支撐作用下，制備出具有層狀結構的二氧化鈦。該方法選用的原料廉價易得、反應過程無需加熱、實驗操作簡單、設備要求低，是一種簡單可行的制備方法。該法合成的層狀二氧化鈦有望應用于廢水凈化等領域。


圖I為實施例I圖2為實施例I圖3為實施例2圖4為實施例3
所得產物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)；所得產物的光催化降解性能所得產物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)；所得產物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)。
具體實施例方式下面通過實施例，進一步闡明本發(fā)明的突出特點和顯著進步，僅在于說明本專利而不限制本專利。以下實施例所制備材料光催化性能測試以紫外光下降解亞甲基藍(MB)溶液為探針反應，反應器為BI-GHX-V型光催化儀(上海比朗儀器有限公司)，紫外光源為500W高壓汞燈。具體實驗步驟如下在試管中加入25mg樣品和30ml 5mg/L MB溶液，黑暗攪拌I小時，吸附平衡后，開燈進行光催化反應，每隔10分鐘取樣，離心，紫外可見分光光度計測其吸光度，計算，分析MB溶液濃度變化情況。實例I稱取17g十六酸(C16H32O2)和5. 2g十二胺(C12H27N)置于燒杯中，加入60ml乙醇，攪拌溶解，標記為溶液A。量取13. 5ml鈦酸四丁酯置于燒杯中，加入70ml異丙醇，攪拌溶解，標記為溶液B。將溶液B加入溶液A中，攪拌均勻后，用氨水調節(jié)溶液pH為7。持續(xù)攪拌反應10小時，老化60小時，得到白色沉淀，經離心，去離子水和無水乙醇交替洗滌，干燥，最后得到層狀二氧化鈦產物。所得產物具有規(guī)整的層狀結構(見圖I)。所得產物的光催化性能，經測試，計算，知其在紫外光下對亞甲基藍降解率達99. 43% (見圖2)。實例2稱取Ig癸酸(CiciH2tlO2)和28g十四胺(C14H31N)置于燒杯中，加入80ml正丁醇，攪拌溶解，標記為溶液A。量取9. 7ml四氯化鈦置于燒杯中，加入50ml乙醇，攪拌溶解，標記為溶液B。將溶液B加入溶液A，攪拌均勻后，用氨水調節(jié)溶液pH為5。持續(xù)攪拌反應100小時，老化10小時，得到白色沉淀，經離心，去離子水和無水乙醇交替洗滌，干燥，最后得到層狀二氧化鈦產物。所得產物具有規(guī)整的層狀結構(見圖3)。所得產物的光催化性能，經測試，計算，知其在紫外光下對亞甲基藍降解率達95. 6%。
實例3稱取27g十二酸(C12H24O2)和2. Ig十八胺(C18H39N)置于燒杯中，加入70ml異丙醇，攪拌溶解，標記為溶液A。稱取36g硫酸鈦置于燒杯中，加入80ml O. 5mol/L硫酸，攪拌溶解，標記為溶液B。將溶液B加入溶液A，攪拌均勻后，用氨水調節(jié)溶液pH為O. 5。持續(xù)攪拌反應60小時，老化30小時，得到白色沉淀，經離心，去離子水和無水乙醇交替洗滌，干燥，最后得到層狀二氧化鈦產物。所得產物具有規(guī)整的層狀結構(見圖4)。所得產物的光催化性能，經測試，計算，知其在紫外光下對亞甲基藍降解率達97. 8%。
權利要求
1.一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法，具體步驟如下將有機酸和有機堿置于容器中，加入溶劑A使其溶解，記為溶液A ;將鈦源置于容器中，加入溶劑B使其溶解，記為溶液B ;將溶液B加入溶液A中，攪拌均勻后，用氨水調節(jié)溶液pH，繼續(xù)攪拌進行反應，經老化、離心、洗滌及干燥得層狀二氧化鈦材料。
2.根據(jù)權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的有機酸為不同碳鏈長度的脂肪酸，其結構式為CnH2nO2，其中n=8 16 ;有機堿為不同碳鏈長度的脂肪胺，其結構式為CnH2n+3N，其中n=8 18 ;溶劑A為乙醇、異丙醇或正丁醇；鈦源為硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦或鈦酸正丁酯；溶劑B為硫酸、鹽酸、乙醇或異丙醇。
3.根據(jù)權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的有機酸與鈦源的摩爾比為O. 06^1. 8 1 ;有機堿與鈦源摩爾比為O. 05^1. 5:1。
4.根據(jù)權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的溶液PH為O.5 7，反應時間為10 100h ;老化時間為l(T60h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法，屬于光催化技術領域。選用廉價鈦源，采用溶膠-凝膠法，通過有機酸堿協(xié)同支撐作用合成該層狀二氧化鈦材料。本發(fā)明原料來源廣，成本低，操作簡單，為層狀二氧化鈦的合成提供了一種有效方法。該材料在凈化工業(yè)污水等方面有較好的應用價值。
文檔編號C01G23/053GK102942218SQ20121044698
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權日2012年11月9日
發(fā)明者孔巖, 林偉, 秦華, 章志超, 程俊陽 申請人:南京工業(yè)大學