專利名稱：納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工原料光催化劑的制備方法，特別是一種納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
光催化技術(shù)是從20世紀70年代逐步發(fā)展起來的一門新興環(huán)保技術(shù)。它利用半導體氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有機物、還原重金屬離子、殺滅細菌和消除異味。由于光催化技術(shù)可利用太陽能在室溫下發(fā)生反應，比較經(jīng)濟；光催化劑TiO2自身無毒、無害、無腐蝕性，可反復使用；可將有機污染物完全礦化成H2O和無機離子，無二次污染，所以有著傳統(tǒng)的高溫、常規(guī)催化技術(shù)及吸附技術(shù)無法比擬的誘人魅力，是一種具有廣闊應用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。
納米二氧化鈦是面向21世紀的新材料，由于它顆粒極細，比表面積大，因而具備一般二氧化鈦產(chǎn)品無法比擬的新性能和新用途。用作紡織添加劑，能使織物具有屏蔽紫外線、吸收紅外線、殺菌保健等許多奇異功能；用作化妝品添加劑，能阻斷紫外線、抗菌保健、防止皮膚衰老，俗稱“曬不黑”；用作橡膠添加劑，可使橡膠制品抗磨、耐撕裂。此外還可用于制造高級抗菌自潔性衛(wèi)生陶瓷、地板磚、涂料、塑料、醫(yī)用敷料及國防工業(yè)(隱性涂料、吸收雷達電磁波材料等)、電子工業(yè)等。
目前的制備方法中，溶膠-凝膠法較為簡單，但多以有機鈦為原料，價格昂貴?；蛘咝柘戎瞥上∪芤海苽溥^程中前處理時間太長，需要過濾、洗滌等工藝過程，耗時耗能，極大地影響了光催化劑的推廣應用。如中國專利CN1192992和CN1473791公開了一種均勻沉淀法制備納米二氧化鈦的方法，需要加入沉淀劑并嚴格控制酸度。中國專利CN1328962公開了一種制備納米二氧化鈦的方法，需通過洗滌過濾。CN1296917公開了一種復合單分散均勻納米二氧化鈦球形顆粒的制備方法，是以鈦酸酯為原料。
近年來，研究發(fā)現(xiàn)適量摻雜可以引起TiO2吸收波長向可見光區(qū)移動。制備高活性TiO2光催化材料，擴展TiO2光譜響應范圍，獲得太陽光下光催化污水凈化材料，提高光催化效率，也是近年來光催化研究的重點之一。離子摻雜修飾光催化劑TiO2包括過渡金屬離子、稀土金屬離子和無機官能團離子以及其他離子。
摻雜TiO2光催化劑的活性與其制備方法也有一定的關(guān)系。制備方法不同，催化劑的形狀與尺寸、表面與結(jié)構(gòu)也不盡相同，直接影響著摻雜TiO2的光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題而提供一種生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)工藝簡單、可節(jié)能降耗、適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，利用該方法制得的納米摻雜二氧化鈦，粒度分布均勻，比表面積大，催化活性高。
本發(fā)明的目的是通過以下方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的制備方法，是以四氯化鈦為原料，按重量比四氯化鈦∶水＝1∶10～10∶1的比例將水加入四氯化鈦中，按四氯化鈦重量的0～5％加入摻雜物，摻雜物為非氣化類物質(zhì)，即可為鹽類、堿類、含氧酸類中的任意一種。NH3·H2O中和至pH5～9，低速攪拌0～10h，然后在100～105℃下烘干，在150～1000℃下灼燒，即得納米摻雜二氧化鈦。
所得膠體溶液不經(jīng)過濾處理，采用直接加熱法，氯化銨溶液保留在氫氧化鈦膠體中，隨著溫度升高，氯化銨分解，在二氧化鈦顆粒內(nèi)部及表面形成微孔，所得催化劑粒徑小，比表面積大，催化活性高，方法簡單，原料易得。這也是本方法的獨特創(chuàng)新之一。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.本發(fā)明采用無機四氯化鈦為原料，氨中和溶膠凝膠法，并回收氯化銨(工業(yè)化生產(chǎn)時，在烘干過程中可通過冷卻凝結(jié)方式回收氯化銨)，原料易得，無污染。
2.本發(fā)明采用直接加熱法，不需過濾洗滌，工藝簡單，工序短，節(jié)能降耗，粒徑小且分布均勻。
3.納米摻雜二氧化鈦改變了二氧化鈦的吸收光譜，拓寬了其光譜利用范圍。
4.適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為幾種灼燒溫度下的X射線衍射圖。
圖2為實施例一、二、三的透射電鏡圖，其中A為200度(實施例一)，B為500度(實施例二)，C為700度(實施例三)。
具體實施方式
實施例一納米二氧化鈦制備方法之一取2ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水10ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在100℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐(也可在其它適于灼燒的器具)中200℃下灼燒。得到白色或淡黃色納米二氧化鈦粉末。
實施例二納米二氧化鈦制備方法之二取4ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水10ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中500℃下灼燒。得到白色或淡黃色納米二氧化鈦粉末。
實施例三納米二氧化鈦制備方法之三取500ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水500ml，氨水中和至pH6～7，攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中700℃下灼燒。得到白色或淡黃色納米二氧化鈦粉末。
實施例四納米摻雜二氧化鈦制備方法之一取2ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水10ml及0.03mol/L FeCl3溶液0.2ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中400℃下灼燒。得到淡黃色納米摻鐵二氧化鈦粉末。
實施例五納米摻雜二氧化鈦制備方法之二取2ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水20ml及0.03mol/LCo(NO3)2溶液0.1ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中200℃下灼燒。得到淡黃色納米摻鈷二氧化鈦粉末。
實施例六納米摻雜二氧化鈦制備方法之三取10ml四氯化鈦于燒杯(或其它適于盛放的容器)中，攪拌下加水5ml及0.5mol/L Mg(OH)2乳液0.5ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中400℃下灼燒。得到白色或淡黃色納米摻鎂二氧化鈦粉末。
實施例七納米摻雜二氧化鈦制備方法之四取10ml四氯化鈦于燒杯中，攪拌下加水5ml及1.0mol/L H3PO4溶液0.1ml，氨水中和至pH6～7，低速攪拌1h，然后放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干至失水完全，再轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)于馬福爐中400℃下灼燒。得到白色或淡黃色納米摻磷二氧化鈦粉末。
經(jīng)上述步驟制備的納米(摻雜)二氧化鈦，經(jīng)透射電鏡和X-射線衍射分析，200度粒徑約4～7nm為板鈦礦和少量銳鈦礦的混合晶型。300到600度粒徑約10～40nm為銳鈦礦晶型，700度粒徑約50～60nm為銳鈦礦和少量金紅石的混合晶型。
權(quán)利要求
1.一種納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于以四氯化鈦為原料，按重量比四氯化鈦∶水＝1∶10～10∶1的比例將水加入四氯化鈦中，按四氯化鈦重量的0～5％加入摻雜物，NH3·H2O中和至pH5～9，低速攪拌0～10h，然后在100～105℃下烘干，在150～1000℃下灼燒，即得納米摻雜二氧化鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于摻雜物為非氣化類物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于摻雜物為鹽類、堿類或含氧酸類中的任意一種。
全文摘要
一種納米摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于以四氯化鈦為原料，按重量比四氯化鈦∶水＝1∶10～10∶1的比例將水加入四氯化鈦中，按四氯化鈦重量的0～5％加入摻雜物，NH
文檔編號B01J21/06GK1621147SQ20041006056
公開日2005年6月1日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者李道榮, 胡長文 申請人:李道榮