中性水溶膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種制備可見光響應(yīng)的二維網(wǎng)絡(luò)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)T12中性水溶膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米晶1102在光催化分解有機(jī)物和自清潔領(lǐng)域中已受到了人們的極大關(guān)注。然而，由于打02的禁帶寬度較大，約為3.2eV，僅能吸收太陽光中的紫外光，極大地限制了其進(jìn)一步應(yīng)用，因此，對(duì)T i O2進(jìn)行改性處理以使其吸收可見光尤為必要。摻雜氮元素到T i O 2晶體內(nèi)部可以使其吸收可見光，目前已有大量關(guān)于制備氮摻雜打02及光催化應(yīng)用的報(bào)道。傳統(tǒng)的摻雜氮元素到T12的方法有氨氣煅燒法、水熱輔助合成及一步化學(xué)氣相沉積法合成等，但所制備的氮雜打02絕大部分為粉體材料，限制了其實(shí)際應(yīng)用效果。
[0003]二維結(jié)構(gòu)納米材料同其它納米材料相比，由于其具有無限擴(kuò)展的平面結(jié)構(gòu)，顯示了獨(dú)特的光學(xué)，熱學(xué)和電學(xué)性能，因而在光電子學(xué)和機(jī)械性能方面顯示了潛在的應(yīng)用價(jià)值。尤其是隨著2004年石墨烯結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)更是引發(fā)了研究的熱潮。目前，人們采用H2O2或者HNO3輔助回流方法獲得了 T12納米顆粒狀水溶膠，但是關(guān)于二維結(jié)構(gòu)的Ti02水溶膠的制備還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對(duì)上述不足之處，利用水熱法一步合成了氮摻雜的1102水溶膠，所合成的T12水溶膠呈二維膜網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，將其涂覆于水泥基材料表面時(shí)，其在可見光下顯示了良好的光催化自清潔能力。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種制備可見光響應(yīng)的二維網(wǎng)絡(luò)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)T12中性水溶膠的方法，步驟如下:
(1)將質(zhì)量濃度為2-10wt%的NH3H2O溶液加入到質(zhì)量濃度為2-6 wt%的鈦鹽水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7并保持0.5-3h，獲得白色沉淀物；
(2)將白色沉淀物過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止，獲得中性白色沉淀物；
(3)將中性白色沉淀物與蒸餾水按(0.03-0.06):1的比例混合，超聲分散并加熱到30-60°C ;同時(shí)加入與中性白色沉淀物質(zhì)量百分比為1:(10-40)的H2O2溶液，獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液(PTA)；
(4)將一定量的三聚氰胺作為氮源加入到步驟(3)合成的過氧鈦酸(PTA)溶膠中獲得懸浮液，氮元素的摻雜濃度控制為(1-10) at% ；
(5)該懸浮液攪拌10-60min后，將其轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)(4-12 )h。待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiCVK溶膠。
[0006]本發(fā)明中所述鈦鹽包括硫酸鈦，硫酸氧鈦，四氯化鈦中的一種。
[0007]
【附圖說明】
[0008]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0009]附圖1為未摻雜和氮摻雜T12溶膠的XRD圖附圖2為未摻雜和氮摻雜T12溶膠UV-Vis圖
附圖3為所合成未摻雜(a)和氮雜(b) T12溶膠的TEM照片附圖4為氮雜1102的HRTEM照片
附圖5為未涂敷(左)和涂敷(右)T12溶膠的水泥基樣塊分別在O min (a),15 min(b), 30 min (c)和60 min (d)下可見光降解羅丹明B示意圖【具體實(shí)施方式】:
以下通過實(shí)例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
[0010]實(shí)施案例I
(1)將質(zhì)量濃度為2wt%的NH3H2O溶液加入到質(zhì)量濃度為2wt%的硫酸鈦水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7并保持0.5h，獲得白色沉淀物；
(2)將白色沉淀物過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止，獲得中性白色沉淀物；
(3)將中性白色沉淀物與蒸餾水按0.03:1比例混合，超聲分散并加熱到30°C ;同時(shí)加入與中性白色沉淀物質(zhì)量百分比為1: 10的H2O2溶液，獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液(PTA)；
(4)將一定量的三聚氰胺作為氮源加入到步驟(3)合成的過氧鈦酸(PTA)溶膠中獲得懸浮液，氮元素的摻雜濃度控制為lat% ；
(5)該懸浮液攪拌1min后，將其轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)4h。待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiCVK溶膠。
[0011]實(shí)施案例2
(1)將質(zhì)量濃度為10Wt %的NH3H2O溶液加入到質(zhì)量濃度為6 wt%的硫酸氧鈦水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7并保持3h，獲得白色沉淀物；
(2)將白色沉淀物過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止，獲得中性白色沉淀物；
(3)將中性白色沉淀物與蒸餾水按0.06:1比例混合，超聲分散并加熱到30-60°C ;同時(shí)加入與中性白色沉淀物質(zhì)量百分比為1: 40的H2O2溶液，獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液(PTA)；
(4)將一定量的三聚氰胺作為氮源加入到步驟(3)合成的過氧鈦酸(PTA)溶膠中獲得懸浮液，氮元素的摻雜濃度控制為10 at% ；
(5)該懸浮液攪拌60min后，將其轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)12h。待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiCVK溶膠。
[0012]實(shí)施案例3
(I)將質(zhì)量濃度為5wt%的NH3H2O溶液加入到質(zhì)量濃度為3wt%的四氯化鈦水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7并保持2h，獲得白色沉淀物； (2)將白色沉淀物過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止，獲得中性白色沉淀物；
(3)將中性白色沉淀物與蒸餾水按0.04:1的比例混合，超聲分散并加熱到40°C ;同時(shí)加入與中性白色沉淀物質(zhì)量百分比為1:20的H2O2溶液，獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液(PTA)；
(4)將一定量的三聚氰胺作為氮源加入到步驟(3)合成的過氧鈦酸(PTA)溶膠中獲得懸浮液，氮元素的摻雜濃度控制為5 at% ；
(5)該懸浮液攪拌30min后，將其轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)6h。待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiCVK溶膠。
[0013]所制備的氮摻雜T12溶膠為黃色，如圖1所示。氮摻雜的T1 2溶膠和未摻雜的1102溶膠在室溫下十分穩(wěn)定，放置一個(gè)月后并沒有明顯的沉淀出現(xiàn)。
[0014]實(shí)施案例4
實(shí)施案例中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下所示
為了對(duì)所制備的T12溶膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其在60 °C進(jìn)行干燥并分別對(duì)樣品進(jìn)行XRD分析表征，表征結(jié)果如.2所示:所制備氮摻雜1102樣品和未經(jīng)過改性處理T1 2樣品的XRD譜圖。圖中所有的峰可以歸屬于銳鈦礦打02的衍射峰，沒有其它雜質(zhì)峰出現(xiàn)。在25.3,37.8和48.2處的衍射峰可分別歸屬于銳鈦礦T12W (101)、(004)、(200)、(105)和(211)晶面。同未摻雜T12相比，氮雜T12的衍射峰強(qiáng)有所減弱，這可能是由于氮摻入T12晶格后的輕微晶格畸變所致。
[0015]樣品的Uv-Vis吸收光譜如圖3所示，從圖中可以看出，氮雜1^02的紫外可見吸收光譜較未摻雜的打02相比顯示了明顯的紅移，氮雜的T1 2的吸收邊大約在600 nm，而未摻雜打02的吸收邊大約在400 nm,吸收邊朝低能量區(qū)域移動(dòng)可以歸因于氮雜T1 2樣品中的N元素解離狀態(tài)及銨離子和氧空位的本質(zhì)缺陷態(tài)。所合成未摻雜和氮摻雜T12溶膠的形貌顯示于圖4，從圖可以看出，所合成的1102呈二維薄膜交聯(lián)擴(kuò)散狀，而且隨著三聚氰胺加入量的增加，形貌并未有明顯的改變，說明氮摻雜量對(duì)合成氮雜打02溶膠的形貌并沒有明顯的影響。對(duì)氮摻雜的打02溶膠進(jìn)一步進(jìn)行HRTEM分析，可以看出圖5中所表示的晶面間距為0.34 nm，其對(duì)應(yīng)于銳鈦礦1102的(001)晶面。
[0016]為了進(jìn)一步考察氮雜T12溶膠在GRC表面的自清潔活性，將其涂敷于GRC表面，并在屠夫有T12溶膠的GRC表面上滴加羅丹明B溶液。如圖5所示，GRC板材左部為涂敷T12溶膠，可見光照射30 min后對(duì)羅丹明B沒有明顯的降解，而且照射I h后仍然有羅丹明B在GRC表面有所殘留。然而，GRC右部涂敷有含氮的T12溶膠，可見光下照射30 min后羅丹明B溶液有明顯的降解，且進(jìn)一步?jīng)_刷十次后，仍然具有分解羅丹明B的能力，說明制備的氮雜Ti02涂層在GRC表面保持了較好的穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備可見光響應(yīng)的二維網(wǎng)絡(luò)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)T12中性水溶膠的方法，其特征在于，步驟如下: (1)將質(zhì)量濃度為2-10Wt %的NH3H2O溶液加入到質(zhì)量濃度為2-6 wt%的鈦鹽水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7并保持0.5-3h，獲得白色沉淀物； (2)將白色沉淀物過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止，獲得中性白色沉淀物； (3)將中性白色沉淀物與蒸餾水按(0.03-0.06):1比例混合，超聲分散并加熱到30-60°C ;同時(shí)加入與中性白色沉淀物質(zhì)量百分比為1:(10-40)的H2O2溶液，獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液(PTA)； (4)將一定量的三聚氰胺作為氮源加入到步驟(3)合成的過氧鈦酸(PTA)溶膠中獲得懸浮液，氮元素的摻雜濃度控制為(1-10) at% ； (5)該懸浮液攪拌10-60min后，將其轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)(4-12 )h ;待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiCVK溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備可見光響應(yīng)的二維網(wǎng)絡(luò)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)T12中性水溶膠的方法，其特征在于所述的鈦鹽包括硫酸鈦，硫酸氧鈦，四氯化鈦中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備可見光響應(yīng)的二維網(wǎng)絡(luò)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)TiO2中性水溶膠的方法，利用水熱法一步合成了氮摻雜的TiO2水溶膠，具體步驟包括：（1）將NH3?H2O溶液加入到鈦鹽水溶液中，將PH調(diào)節(jié)至7；（2）將獲得的白色沉淀過濾并且洗滌，直到檢測不到相應(yīng)的雜質(zhì)陰離子為止；（3）超聲分散到蒸餾水中，之后將其加熱到40oC并加入H2O2溶液。獲得透明的桔黃色的過氧鈦酸溶液（PTA）；（4）將一定量三聚氰胺作為氮源加入到過氧鈦酸（PTA）溶膠中獲得懸浮液。（5）懸浮液攪拌10-60min后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中并水熱反應(yīng)（4-12）h，待反應(yīng)結(jié)束后可獲得黃色的氮摻雜TiO2水溶膠。所合成的TiO2水溶膠呈二維膜網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，在可見光下顯示了良好的光催化自清潔能力。
【IPC分類】C04B41-50, C01G23-053
【公開號(hào)】CN104591272
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410813072
【發(fā)明人】熊吉如
【申請(qǐng)人】南京倍立達(dá)新材料系統(tǒng)工程股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日