專利名稱：一種有機(jī)酸堿協(xié)同支撐層狀二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)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(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化鈦是一種重要的半導(dǎo)體材料，因其具有無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于光催化、太陽能轉(zhuǎn)化、涂料、油漆和化妝品等領(lǐng)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(yīng)用價(jià)值，因此被認(rèn)為是一種有望同時(shí)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(jié)果表明二氧化鈦材料的光化學(xué)活性等物理化學(xué)特性與其本身的形貌密切相關(guān)。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(nèi)外研究的熱點(diǎn)。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(jié)構(gòu)存在較大的層間空隙，可以引入活性離子、氧化物或生物質(zhì)等從而使其具有很大的應(yīng)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(bào)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(jīng)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(jià)格較貴，該反應(yīng)的溫度為35 80°C需加熱。例如，據(jù)中國專利CN 101791545報(bào)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(jià)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(bào)道由多層狀鈦酸鹽經(jīng)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(fù)雜，需經(jīng)三步處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種有機(jī)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(shù)方案為一種有機(jī)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(jī)酸和有機(jī)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(diào)節(jié)溶液PH，繼續(xù)攪拌進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)老化、離心、洗滌及干燥得層狀二氧化鈦材料。優(yōu)選有機(jī)酸為不同碳鏈長度的脂肪酸，其結(jié)構(gòu)式為CnH2nO2，其中n=8 16。有機(jī)堿為不同碳鏈長度的脂肪胺，其結(jié)構(gòu)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(jī)酸和有機(jī)堿即可。溶劑B的加入量為溶解鈦源即可。優(yōu)選有機(jī)酸與鈦源的摩爾比為O. 06 1.8 :1 ;有機(jī)堿與鈦源摩爾比為O. 05 I. 5: I。優(yōu)選反應(yīng)溶液的pH為O. 5^7 ；反應(yīng)時(shí)間為10 100小時(shí)；老化時(shí)間為10 60小時(shí)。
該材料光催化性能測試以紫外光下降解亞甲基藍(lán)(MB)溶液為探針反應(yīng)，反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)，吸附平衡后，開燈進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔10分鐘取樣，離心，紫外可見分光光度計(jì)測其吸光度，計(jì)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(diǎn)，通過溶膠-凝膠法，在有機(jī)酸堿的協(xié)同支撐作用下，制備出具有層狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。該方法選用的原料廉價(jià)易得、反應(yīng)過程無需加熱、實(shí)驗(yàn)操作簡單、設(shè)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(yīng)用于廢水凈化等領(lǐng)域。


圖I為實(shí)施例I圖2為實(shí)施例I圖3為實(shí)施例2圖4為實(shí)施例3
所得產(chǎn)物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)；所得產(chǎn)物的光催化降解性能所得產(chǎn)物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)；所得產(chǎn)物的場發(fā)射電鏡圖(FE-SEM)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的突出特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，僅在于說明本專利而不限制本專利。以下實(shí)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(lán)(MB)溶液為探針反應(yīng)，反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)，吸附平衡后，開燈進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔10分鐘取樣，離心，紫外可見分光光度計(jì)測其吸光度，計(jì)算，分析MB溶液濃度變化情況。實(shí)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(biāo)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(biāo)記為溶液B。將溶液B加入溶液A中，攪拌均勻后，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH為7。持續(xù)攪拌反應(yīng)10小時(shí)，老化60小時(shí)，得到白色沉淀，經(jīng)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(chǎn)物。所得產(chǎn)物具有規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)(見圖I)。所得產(chǎn)物的光催化性能，經(jīng)測試，計(jì)算，知其在紫外光下對(duì)亞甲基藍(lán)降解率達(dá)99. 43% (見圖2)。實(shí)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(biāo)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(biāo)記為溶液B。將溶液B加入溶液A，攪拌均勻后，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH為5。持續(xù)攪拌反應(yīng)100小時(shí)，老化10小時(shí)，得到白色沉淀，經(jīng)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(chǎn)物。所得產(chǎn)物具有規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)(見圖3)。所得產(chǎn)物的光催化性能，經(jīng)測試，計(jì)算，知其在紫外光下對(duì)亞甲基藍(lán)降解率達(dá)95. 6%。
實(shí)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(biāo)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(biāo)記為溶液B。將溶液B加入溶液A，攪拌均勻后，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH為O. 5。持續(xù)攪拌反應(yīng)60小時(shí)，老化30小時(shí)，得到白色沉淀，經(jīng)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(chǎn)物。所得產(chǎn)物具有規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)(見圖4)。所得產(chǎn)物的光催化性能，經(jīng)測試，計(jì)算，知其在紫外光下對(duì)亞甲基藍(lán)降解率達(dá)97. 8%。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)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(jī)酸和有機(jī)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(diào)節(jié)溶液pH，繼續(xù)攪拌進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)老化、離心、洗滌及干燥得層狀二氧化鈦材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)酸為不同碳鏈長度的脂肪酸，其結(jié)構(gòu)式為CnH2nO2，其中n=8 16 ;有機(jī)堿為不同碳鏈長度的脂肪胺，其結(jié)構(gòu)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(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)酸與鈦源的摩爾比為O. 06^1. 8 1 ;有機(jī)堿與鈦源摩爾比為O. 05^1. 5:1。
4.根據(jù)權(quán)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(yīng)時(shí)間為10 100h ;老化時(shí)間為l(T60h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機(jī)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(shù)領(lǐng)域。選用廉價(jià)鈦源，采用溶膠-凝膠法，通過有機(jī)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(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01G23/053GK102942218SQ20121044698
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)