單晶的常溫制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種{001}面銳鈦礦TiO2的常溫制備方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：將無水乙醇和鈦酸丁酯的混合液滴加至無水乙醇、去離子水和HF的混合液，得到TiO2溶膠，于室溫下陳化24h，將陳化的TiO2凝膠離心沉降，用蒸餾水、無水乙醇洗滌3次，烘干、研磨后即可得到{001}面暴露的銳鈦礦TiO2單晶。該制備方法基本在室溫下進行，過程簡單、反應(yīng)溫和、易于控制，制備出的催化劑有較高的催化活性，可用于光催化降解揮發(fā)性有機物和難降解有機物。
【專利說明】—種{001}面銳鈦礦T12單晶的常溫制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種{001}面銳鈦礦T12單晶的常溫制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]T12因氧化能力強、催化活性高、物化性質(zhì)穩(wěn)定，且價廉、無毒等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化和殺菌自潔等光催化領(lǐng)域。
[0003]二氧化鈦的應(yīng)用與其晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。二氧化鈦是一種多晶型的化合物，在自然界中有3種結(jié)晶形態(tài):金紅石型、銳鈦型和板鈦型。研究表明三種晶型T12的相對光活性次序為:銳鈦礦(AT) >>金紅石(RT) >>板鈦礦(BT)型Ti02。對于銳鈦礦晶型的T12晶體來說，它的不同晶面又具有不同的活性。其中{001}面被認為是最具活性的晶面。然而{001}面銳鈦礦T12的表面能平均為0.90J.m_2，遠大于{101}面的
0.44J.m_2，因為在晶體生長過程中，晶體表面能越低則越容易留存下來，因此在合成過程中{001}面極不易形成。
[0004]近年來的研究表明，HF作為形貌控制劑可有助于{001}面的暴露。HF可以使{001}面能夠保留下來的主要原因是，在反應(yīng)體系中，氟離子和T12的Ti之間有非常強的作用力，能有效降低{001}面的表面能，使其表面能低于{101}面的表面能，從而使{001}得以保留。但其制備過程往往需要100°c以上的水熱溫度或灼燒(如專利201010231407.7，201310134847.4,201210083319.6等)才可以完成，制備工藝復(fù)雜、耗能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種{001}面銳鈦礦T12單晶的室溫制備方法。本制備方法過程簡單、反應(yīng)溫和、易于控制，制備出的催化劑有較高的催化活性。
[0006]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]①配制無水乙醇和鈦酸丁酯的混合液，記為溶液A ；
[0008]②配制無水乙醇、去離子水和HF的混合液，記為溶液B ；
[0009]③B溶液逐滴加入到A溶液中，得到T12溶膠，于室溫下陳化；
[0010]④將陳化的T12凝膠離心沉降，用蒸餾水、無水乙醇洗滌3次，烘干、研磨后得到T12單晶。
[0011]所述的鈦酸丁酯、無水乙醇、去離子水和HF的摩爾比為鈦酸丁酯:無水乙醇:去離子水:HF = 1: 10: 100: I。
[0012]所述的B溶液滴加到A溶液的滴速控制在每秒2-3滴，低速混合攪拌1-2小時。
[0013]所述的陳化時間為24h。
[0014]所述的烘干溫度為80-100°C。
[0015]所述的銳鈦礦T12單晶粒度在100_400nm，特備適合在環(huán)保領(lǐng)域作為降解揮發(fā)性有機物和能降解有機物的光催化劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0016]本發(fā)明的思路是采用簡單的溶膠-凝膠方法，轉(zhuǎn)變以往對含鈦前驅(qū)體水解進行抑制的制備思路，加大水的比例，建立以水為主要溶劑的水解-聚合反應(yīng)配方體系。其機理為加大水的用量，促進鈦酸丁酯完全水解，抑制聚合；改變以往的加料順序，將鈦酸丁酯滴加到HF水溶液中，控制滴加速率，保證水解反應(yīng)時的水量過剩，以利于其充分水解；同時引入HF作為形貌控制劑，以實現(xiàn)水解產(chǎn)物的自發(fā)定向排列，在室溫下生長出{001}面暴露的Τ?02晶體。
[0017]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點和效果:
[0018](I)本發(fā)明采用簡單的溶膠-凝膠方法，轉(zhuǎn)變以往對含鈦前驅(qū)體水解進行抑制的制備思路，加大水的比例，促進鈦酸丁酯完全水解，抑制聚合，使改變以往的加料順序，將鈦酸丁酯滴加到HF水溶液中，而且控制滴加速率，保證水解反應(yīng)時的水量過剩，以利于其充分水解，在室溫下便可形成均勻的銳鈦礦Ti02。
[0019](2)本發(fā)明引入HF作為形貌控制劑，以實現(xiàn)水解產(chǎn)物的自發(fā)定向排列，在室溫下生長出{001}面暴露的T12單晶。
[0020](3)本發(fā)明反應(yīng)條件溫和、裝置簡單、成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1制備的樣品的掃描電子顯微鏡圖
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1制備的樣品的X射線晶體衍射圖
[0023]圖3為可見光下本催化劑與P25降解亞甲基藍的效果比較?？梢钥闯霰痉椒ㄖ苽涑龅膡001}面銳鈦礦T12單晶在可見光下比P25有更好的催化效果。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明，但本方案的實施方式不限于此。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案是采用簡單的溶膠-凝膠方法，轉(zhuǎn)變以往對含鈦前驅(qū)體水解進行抑制的制備思路，加大水的比例，促進鈦酸丁酯完全水解，抑制聚合；改變以往的加料順序，將鈦酸丁酯滴加到HF水溶液中，控制滴加速率，保證水解反應(yīng)時的水量過剩，以利于其充分水解；同時引入HF作為形貌控制劑，以實現(xiàn)水解產(chǎn)物的自發(fā)定向排列，在室溫下生長出{001}面暴露的T12晶體。
[0026]實施例1
[0027]①量取30.4mL無水乙醇加入到35.2mL鈦酸丁酯中，記為溶液A ；
[0028]②量取30.4mL無水乙醇加入到180mL水中，同時加入20.2mLHF,記為溶液B ；
[0029]③B溶液逐滴加入到A溶液中，滴速控制在每秒2-3滴，低速混合攪拌2小時，得到T12溶膠，于室溫下陳化；
[0030]④將陳化2d的T12溶膠離心沉降，用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌3次，在100°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干，研磨后得到T12粉末。
[0031]催化劑光催化活性測試方法:以可見光光催化降解初始濃度為20mg/L的亞甲基藍溶液來評價催化劑的光催化活性。具體步驟為:稱取Ig催化劑粉體加入到10mL亞甲基藍溶液中，暗處靜置30min，扣除吸附的影響；以500W氙燈為光源，利用JB420濾光片濾去紫外光，在暗箱中將靜置后的亞甲基藍溶液在可見光照下磁力攪拌，液面距離光源20cm，每隔30min取樣一次；樣品溶液離心沉降后，取上清液測各自吸光度計算亞甲基藍濃度，進而計算降解率。
[0032]圖1為本發(fā)明實施例1制備的樣品的掃描電子顯微鏡圖；圖2為本發(fā)明實施例1制備的樣品的X射線晶體衍射圖；圖3為可見光下本催化劑與P25降解亞甲基藍的效果比較。從圖1和圖2可以明顯看出制備出的是{001}面暴露的銳鈦礦T12單晶，從圖3可以看出本方法制備出的{001}面銳鈦礦T12單晶在可見光下比P25有更好的催化效果。
[0033]實施例2
[0034]①量取30.4mL無水乙醇加入到35.2mL鈦酸丁酯中，記為溶液A ；
[0035]②量取30.4mL無水乙醇加入到180mL水中，同時加入20.2mLHF,記為溶液B ；
[0036]③B溶液逐滴加入到A溶液中，滴速控制在每秒2-3滴，低速混合攪拌1.5小時，得到T12溶膠，于室溫下陳化；
[0037]④將陳化2d的T12溶膠離心沉降，用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌3次，在80°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干，研磨后得到T12粉末。
[0038]催化劑光催化活性測試方法同實施例1。
[0039]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種{001}面銳鈦礦T12單晶的室溫制備方法，其特征在于由以下步驟實現(xiàn): ①配制無水乙醇和鈦酸丁酯的混合液，記為溶液A； ②配制無水乙醇、去離子水和HF的混合液，記為溶液B； ③B溶液逐滴加入到A溶液中，得到T12溶膠，于室溫下陳化； ④將陳化的T12凝膠離心沉降，用蒸餾水、無水乙醇洗滌3次，烘干、研磨后得到T12單晶。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面單晶銳鈦礦T12的室溫制備方法，其特征在于所述的T12溶膠除烘干過程外其余制備過程均在室溫下進行。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面銳鈦礦T12單晶的室溫制備方法，其特征在于控制所述的鈦酸丁酯、無水乙醇、去離子水和HF的摩爾比為鈦酸丁酯:無水乙醇:去離子水:HF = 1: 10: 100:1。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面單晶銳鈦礦T12的室溫制備方法，其特征在于所述的B溶液滴加到A溶液的滴速控制在每秒2-3滴，低速混合攪拌1-2小時。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面單晶銳鈦礦T12的室溫制備方法，其特征在于所述的陳化時間為24h。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面銳鈦礦T12單晶的室溫制備方法，其特征在于所述的烘干溫度為80-100°C。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的一種{001}面單晶銳鈦礦T12的室溫制備方法，其特征在于所述的銳鈦礦T12單晶粒度在100-400nm。
【文檔編號】C01G23/047GK104275170SQ201410477852
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】侯晨濤, 丁家國, 張倩云, 王炎 申請人:西安科技大學(xué)