專利名稱：一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO₂粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiA粉體及其制備方法，特別涉及了采用化學(xué)沉淀法制備核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體，屬于金屬粉體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TiO2具有無毒、無味、無刺激性、熱穩(wěn)定性好、不分解、不揮發(fā)和較高的光催化活性等特點，成為最有發(fā)展前景的光催化劑之一。但由于TW2自身的禁帶寬度(銳鈦礦的TW2 約為3. 2eV)較大，只能被波長較短的紫外線激發(fā)，太陽光利用率低，而且光生載流子復(fù)合率高，導(dǎo)致光量子效率低，同時存在易團(tuán)聚、結(jié)塊等缺點，這大大限制了其使用范圍。目前， 以單分散TiO2為核的核殼結(jié)構(gòu)材料受到普遍的關(guān)注，是因為這種主動設(shè)計和可控構(gòu)筑的新型復(fù)合材料所具有的單分散性、核殼的可操作性和可控性等優(yōu)異性能可以在很大程度上對復(fù)合物的許多性能進(jìn)行調(diào)控，從而大大擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。研究表明ai0-Ti02、Zr02-Ti02* Al2O3-TiO2等核殼結(jié)構(gòu)的材料相對于未處理的TW2材料而言，在分散性能和穩(wěn)定性等都有較大程度的提高。而由于稀土元素具有豐富的能級和4f電子躍遷特性，易產(chǎn)生多電子組態(tài)，有著特殊的光學(xué)性質(zhì)，其氧化物也具有晶型多、吸附選擇性強、電子型導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性好等特點，能夠在能帶結(jié)構(gòu)、光吸收性能、表面吸附性能等方面對T^2基光催化劑進(jìn)行改性。已有研究表明相對于其它金屬離子對TiO2材料的改性而言，TiO2材料經(jīng)過稀土 La摻雜改性后，其光吸收性能和光催化活性都得到了大幅提高。但是，一般制備以TiA為核的核殼材料的方法多存在制備成本高，工藝復(fù)雜，使得其難以工業(yè)化等缺點。因此，本發(fā)明提供了一種工藝簡單，操作方便，對設(shè)備的要求低、投資少、生產(chǎn)成本低，產(chǎn)物純度高，組分均勻，且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的制備工藝來合成核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體及其制備方法，制備近球狀顆粒、分散性較好的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體。本發(fā)明的技術(shù)方案是核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體，是球狀顆粒的TW2表面均勻包覆有La2O3的核殼結(jié)構(gòu)粉體，其摩爾百分比成分為11 95^99. 9%，La2O3 0.廣5%，TiO2粉體的純度為分析純且未經(jīng)任何表面處理。本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體的制備方法是將TW2粉體和可溶性鑭無機鹽分別用去離子水配制成一定濃度的TW2懸浮液與鑭溶液，然后按適當(dāng)比例將它們混合，加入氨水沉淀并調(diào)整PH值，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液進(jìn)行陳化處理，所得沉淀經(jīng)抽濾、洗滌至無酸根離子，再經(jīng)干燥、煅燒得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。具體的制備步驟如下
(1)將可溶性的鑭無機鹽溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為0. rimol/L的鑭溶液； 用去離子水，將粒度為0. 5飛μπι的TW2粉體配制成質(zhì)量百分比為1(Γ30%的懸浮液，然后在攪拌的同時加入分散劑，對TW2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；(2)按比例將步驟(1)所得的鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至50 90°C后，滴加25% 28%體積濃度的氨水至溶液PH值為8 11，再保溫反應(yīng) Γ4小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；
(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化2飛小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌2 6次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌2 6次后在6(T90°C條件下干燥 4、小時，再在70(T90(TC溫度下煅燒2、小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜 TiO2粉體。所述TiO2粉體的純度為分析純且未經(jīng)任何表面處理。在步驟(1)中，加入的分散劑是固體含量為30% 50%的市售丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)， 其加入量為TW2粉體質(zhì)量的0.廣3%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為10(Γ200轉(zhuǎn)/ min，攪拌直至TiO2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止。步驟(2)中可溶性鑭無機鹽為分析純的硝酸鑭、氯化鑭、硫酸鑭中的任一種，鑭溶液與TW2懸浮分散液混合的體積比為1 25 7 24。向鑭溶液與TiO2懸浮分散液的混合溶液中滴加氨水的速率為0.5lml/ min。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點是通過調(diào)節(jié)初始混合溶液中的鑭離子濃度，在一定的條件下滴加氨水沉淀劑，使得含鑭的沉淀物沉積于分散的TiO2粉體表面，最后煅燒后制得 La摻雜TW2粉體，所得粉體為球狀顆粒的TW2核心，而La2O3包覆在其表面從而構(gòu)成核殼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的粉體顆粒大小均勻，形貌完整。該方法生產(chǎn)工藝簡單，操作方便，運行成本低。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。實施例1 本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiA粉體，是未經(jīng)任何表面處理的分析純TiA 粉球狀顆粒的表面均勻包覆有La2O3的核殼結(jié)構(gòu)粉體，其摩爾百分比成分為11 99. 9%， La2O3 0. 1%。本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiA粉體的制備方法是將未經(jīng)任何表面處理的球狀顆粒分析純TW2粉體和可溶性鑭無機鹽分別用去離子水配制成TW2懸浮液與鑭溶液，然后按適當(dāng)比例將它們混合，加入氨水沉淀并調(diào)整PH值，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液進(jìn)行陳化處理，所得沉淀經(jīng)抽濾、洗滌至無酸根離子，再經(jīng)干燥、煅燒得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。具體的制備步驟如下
(1)將分析純可溶性硝酸鑭溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為0. lmol/L的鑭溶液； 用去離子水，將粒度為0. 5 5 μ m的TW2粉體配制成質(zhì)量百分比為22. 91%的懸浮液，然后在攪拌的同時，加入固體含量為45%的市售丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)分散劑，對TW2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；分散劑的加入量為TW2粉體質(zhì)量的3%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為130轉(zhuǎn)/min，攪拌直至TiO2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止。(2)按1 25的體積比，將步驟(1)所得鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至50°C后，按0. 5ml/min的速率，向混合液中滴加體積濃度25%的氨水，至溶液PH值為8，再保溫反應(yīng)4小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；
(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化6小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌2
4次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌6次后在60°C條件下干燥8小時，再在700°C 溫度下煅燒4小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體。實施例2 本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體，是未經(jīng)任何表面處理的分析純TW2粉球狀顆粒的表面均勻包覆有La2O3的核殼結(jié)構(gòu)粉體，其摩爾百分比成分為11 99%，La2O31%。本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體的制備方法是將未經(jīng)任何表面處理的球狀顆粒分析純TW2粉體和可溶性鑭無機鹽分別用離子水配制成TW2懸浮液與鑭溶液，然后按適當(dāng)比例將它們混合，加入氨水沉淀并調(diào)整PH值，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液進(jìn)行陳化處理，所得沉淀經(jīng)抽濾、洗滌至無酸根離子，再經(jīng)干燥、煅燒得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。具體的制備步驟如下
(1)將分析純可溶性氯化鑭溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為0.5mol/L的鑭溶液； 用去離子水，將粒度為0. 5飛μ m的TW2粉體配制成質(zhì)量百分比為21. 58%的懸浮液，然后在攪拌的同時，加入固體含量為35%的市售丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物 (AA/AMPS)分散劑，對TW2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；分散劑的加入量為TW2粉體質(zhì)量的2%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為100轉(zhuǎn)/min，攪拌直至TiO2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止；
(2)按7100的體積比，將步驟(1)所得鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至70°C后，按lml/min的速率，向混合液中滴加體積濃度28%的氨水，至溶液PH值為9，再保溫反應(yīng)2小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；
(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化4小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌4 次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌3次后在70°C條件下干燥6小時，再在900°C 溫度下煅燒2小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體。實施例3 本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體，是未經(jīng)任何表面處理的分析純TW2粉球狀顆粒的表面均勻包覆有La2O3的核殼結(jié)構(gòu)粉體，其摩爾百分比成分為11 97%，La2O3 3%。本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體的制備方法是將未經(jīng)任何表面處理的球狀顆粒分析純TW2粉體和可溶性鑭無機鹽分別用離子水配制成TW2懸浮液與鑭溶液，然后按適當(dāng)比例將它們混合，加入氨水沉淀并調(diào)整PH值，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液進(jìn)行陳化處理，所得沉淀經(jīng)抽濾、洗滌至無酸根離子，再經(jīng)干燥、煅燒得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。具體的制備步驟如下
(1)將分析純可溶性硫酸鑭溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為lmol/L的鑭溶液；用去離子水，將粒度為0. 5飛μ m的TW2粉體配制成質(zhì)量百分比為10%的懸浮液，然后在攪拌的同時，加入固體含量為30%的市售丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/ AMPS)分散劑，對TiO2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；分散劑的加入量為TW2粉體質(zhì)量 1%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為170轉(zhuǎn)/min，攪拌直至TW2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止；
(2)按1-J的體積比，將步驟(1)所得鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至80°C后，按1. 5ml/min的速率，向混合液中滴加體積濃度26%的氨水，至溶液PH值為11，再保溫反應(yīng)3小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化5小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌5 次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌2次后在90°C條件下干燥4小時，再在800°C 溫度下煅燒3小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體。實施例4 本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TW2粉體，是未經(jīng)任何表面處理的分析純TW2粉球狀顆粒的表面均勻包覆有La2O3的核殼結(jié)構(gòu)粉體，其摩爾百分比成分為11 95%，La2O3 5%。本核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體的制備方法與例3相同，具體的制備步驟是
(1)將分析純可溶性硫酸鑭溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為0.3mol/L的鑭溶液； 用去離子水，將粒度為3μ m的TiO2粉體配制成質(zhì)量百分比為30%的懸浮液，然后在攪拌的同時，加入固體含量為50%的市售丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/ AMPS)分散劑，對TW2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；分散劑的加入量為TW2粉體質(zhì)量的 0. 1%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為200轉(zhuǎn)/min，攪拌直至TW2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止；
(2)按724的體積比，將步驟(1)所得鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至60°C后，按2ml/min，向混合液中滴加體積濃度25%的氨水，至溶液PH 值為10，再保溫反應(yīng)1小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；
(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化2小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌3 次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌5次后在80°C條件下干燥5小時，再在850°C 溫度下煅燒2. 5小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體。
權(quán)利要求
1.一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體，其特征在于粉體結(jié)構(gòu)為球狀顆粒的TiO2核心， La2O3均勻包覆于T^2顆粒表面構(gòu)成核殼結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體，其特征在于粉體材料的摩爾百分比成分為:Ti02 9 5 99. 9%, La2O3 0. 1 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體，其特征在于TiO2粉體的純度為分析純且未經(jīng)任何表面處理。
4.一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體的制備方法，其特征在于將TiO2粉體和可溶性鑭無機鹽分別用離子水配制成TiO2懸浮液與鑭溶液，然后按適當(dāng)比例將它們混合，加入氨水沉淀并調(diào)整PH值，得到前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液進(jìn)行陳化處理，所得沉淀經(jīng)抽濾、洗滌至無酸根離子，再經(jīng)干燥、煅燒得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜1102粉體的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下(1)將可溶性的鑭無機鹽溶于去離子水中，配成鑭離子濃度為0.rimol/L的鑭溶液； 用去離子水，將粒度為0. 5飛μ m的TW2粉體配制成質(zhì)量百分比為1(Γ30%的懸浮液，然后在攪拌的同時加入分散劑，對TW2進(jìn)行分散，得到TW2懸浮分散液；(2)將步驟(1)所得的鑭溶液與TW2懸浮分散液混合并攪拌均勻；將所得混合溶液加熱至50 90°C后，滴加體積濃度為25% 28%濃度的氨水至溶液PH值為8 11，再保溫反應(yīng) Γ4小時后自然冷卻至常溫，得到前驅(qū)體溶液；(3)將前驅(qū)體溶液在常溫下陳化2飛小時得到沉淀物，沉淀物經(jīng)抽濾后用去離子水洗滌2 6次至溶液中無酸根離子，然后用無水乙醇洗滌2 6次后在6(T90°C條件下干燥 4、小時，再在70(T90(TC溫度下煅燒2、小時后自然冷卻至常溫，得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜 TiO2粉體。
6.根據(jù)權(quán)利要求書4或5所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體的制備方法，其特征在于所述TiO2粉體的純度為分析純且未經(jīng)任何表面處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求書5所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜1102粉體的制備方法，其特征在于在步驟(1)中，加入的分散劑是固體含量為30% 50%的丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)，其加入量為TW2粉體質(zhì)量的0.廣3%，加入分散劑時對懸浮液的攪拌速率為10(Γ200轉(zhuǎn)/min，攪拌直至T^2懸浮分散液與鑭溶液混合攪拌均勻后停止。
8.根據(jù)權(quán)利要求書4或5所述的核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜T^2粉體的制備方法，其特征在于可溶性鑭無機鹽為分析純的硝酸鑭、氯化鑭、硫酸鑭中的任一種，鑭溶液與T^2懸浮分散液混合的體積比為1 25 7 24。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體及其制備方法，屬于金屬粉體材料技術(shù)領(lǐng)域。采用化學(xué)沉淀法，以未經(jīng)任何處理的分析純的TiO2粉體和分析純的可溶性鑭無機鹽為原料，通過滴加沉淀劑，調(diào)節(jié)pH值到8~11并反應(yīng)一定的時間后得到前軀體溶液，前軀體溶液陳化后所得的沉淀經(jīng)抽濾、洗滌、干燥、煅燒后得到核殼結(jié)構(gòu)的La摻雜TiO2粉體。本發(fā)明的粉體以TiO2顆粒為核心、La2O3包覆在其表面構(gòu)成核殼結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性和光催化活性高、顆粒大小均勻、形貌完整等優(yōu)點，制備方法工藝簡單、操作方便、運行成本低、投資小。
文檔編號B22F9/24GK102441667SQ20111028788
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者嚴(yán)繼康, 易健宏, 杜景紅, 楊晨璟, 甘國友 申請人:昆明理工大學(xué)