一種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬功能材料制備技術領域，涉及一種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，將乙酰丙酮鈦和硝酸銀,在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行燃燒反應，然后在馬弗爐進行熱處理即獲得二氧化鈦/銀復合納米材料。本發(fā)明工藝簡便易行，純度高，雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品制備成本低，性能優(yōu)異，可以工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化材料使用具有較高的催化活性，在降解染料廢水及室內(nèi)有害氣體，光催化消毒等領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料的制備技術領域，具體地說是涉及一種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]1972年，F(xiàn)ujishima等人在Nature上發(fā)表了利用T12半導體電極光分解水制取氫氣和氧氣的實驗結(jié)果后，半導體光催化的研究很快掀起了熱潮(參見Honda K, FujishimaA.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode.Nature,1972,238, 37-38.XT12化學性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、無毒、價格低廉被認為是最有開發(fā)潛質(zhì)的光催化材料。但是T12的禁帶寬度(3.2 eV)較寬，對于太陽能的利用效率較低，如何提高光催化效率，能有效吸收可見光的光催化劑成為一個研究的熱點。通過在二氧化表面負載貴金屬調(diào)劑能帶結(jié)構，提高其吸光波長范圍，提高其催化效率。中國專利201110092394.4公開了一種負載銀的二氧化鈦光催化劑及其制備方法，主要利用水熱法合成二氧化鈦微球載體，再用還原法或過量浸漬法將銀負載在載體的表面或內(nèi)部。中國專利200410052644.1將銀粒徑負載在具有多孔結(jié)構包覆層的二氧化鈦顆粒上，從而得到復合無機抗菌劑。常見的制備方法是水熱法來制備二氧化鈦復合材料，但利用燃燒法的制備技術鮮見報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種制備成本低，易于操作控制，目的產(chǎn)物收率高，均一性好，且具有較高催化活性的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法。通過多組對比試驗，發(fā)現(xiàn)燃燒反應在制備工藝中起著重要作用。所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工藝條件下，60分鐘降解率達到了97.0%以上。本發(fā)明制備方法同樣可以應用于其它功能材料的化學合成研究，且具有廣闊的應用前景。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
[0005]—種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其將乙酰丙酮鈦和硝酸銀，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行燃燒反應，接續(xù)高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述的乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.2?I。
[0007]進一步地，本發(fā)明所述的乙酰丙酮鈦在醇溶液中的摩爾濃度為0.01?0.5mol/Lo
[0008]進一步地，本發(fā)明所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0009]進一步地，本發(fā)明所述的燃燒反應溫度在150?400°C，燃燒反應時間為2?8 h。
[0010]更進一步地，本發(fā)明所述的高溫反應溫度在500?800 °C，反應時間為6?24 h。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點。
[0012](I)本發(fā)明開發(fā)了制備二氧化鈦/銀復合納米材料新工藝路線，產(chǎn)品粒徑在100?150nm之間，禁帶寬度在2.8?3.0eV。該工藝制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產(chǎn)效率，可以實現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)。
[0013](2)目的產(chǎn)物收率(99.0%?99.6%)，產(chǎn)品純度高(99.6 %?99.8 % )可滿足工業(yè)應用領域?qū)獯呋牧袭a(chǎn)品的要求。
[0014](3)本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物二氧化鈦/銀復合納米材料是光催化材料，60分鐘降解率可達到(97.0 %?99.0 % )，具有較高的催化活性。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0016]圖1為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖。
[0021 ]圖6為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料X射線衍射圖。
[0022]圖7為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料紫外可見光譜圖。
[0023]圖8為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料禁帶寬度圖。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明設計出一種化學制備方法，通過新的化學途徑制備二氧化鈦/銀復合納米材料。其光催化性質(zhì)可以通過光催化降解典型的染料甲基橙進行評估。
[0025]本發(fā)明以乙酰丙酮鈦和硝酸銀，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行燃燒反應，接續(xù)高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0026]本發(fā)明制備步驟是。
[0027]( I)將乙酰丙酮鈦和硝酸銀，在醇溶液中溶解混合均勻，乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.2?I ；乙酰丙酮鈦在醇溶液中的摩爾濃度為0.01?0.5 mol/L;醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0028](2)將得到的混和溶液在一定溫度下，進行燃燒反應，燃燒反應溫度在150?400°C，燃燒反應時間為2?8 ho
[0029](3)燃燒反應結(jié)束，再進行高溫煅燒，高溫反應溫度在500?800 °C，反應時間為6?24 h，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0030](4)利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W萊燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度變化。
[0031]參見圖1?5所示，為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料SEM圖，可以看出產(chǎn)物分散性和均一性較好。圖6為本發(fā)明的二氧化鈦/銀復合納米材料X射線衍射圖，其中*為金屬銀的衍射峰，#為二氧化鈦的衍射峰。圖7為本發(fā)明所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料的紅外光譜圖，的吸收邊在418 nm左右(圖7)，禁帶寬度約2.97 eV(圖8)。
[0032]實施例1。
[0033]將一定質(zhì)量的硝酸銀直接加入到濃度為0.1 mol/L的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行燃燒反應，反應溫度在150 0C，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.5。燃燒反應結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在800 °C，反應時間為6 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0034]產(chǎn)品粒徑在100?120nm之間，禁帶寬度為2.9eV。其產(chǎn)品的收率為99.6%。產(chǎn)品純度為99.8%，雜質(zhì)含量:碳小于0.2%。利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為99.0%ο
[0035]實施例2。
[0036]將一定質(zhì)量的硝酸銀直接加入到濃度為0.1 mol/L的乙酰丙酮鈦的甲醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行燃燒反應，反應溫度在250 °C，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.5。燃燒反應結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在500 °C，反應時間為24 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0037]產(chǎn)品粒徑在110?130nm之間，禁帶寬度為2.95eV。其產(chǎn)品的收率為99.3%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.9%ο
[0038]實施例3。
[0039]將一定質(zhì)量的硝酸銀直接加入到濃度為0.05mol/L的乙酰丙酮鈦的乙醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行燃燒反應，反應溫度在400 °C，反應時間為2小時，其中乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.5。燃燒反應結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在800 °C，反應時間為6 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0040]產(chǎn)品粒徑在100?11Onm之間，禁帶寬度為2.89eV。其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.5%ο
[0041 ] 實施例4。
[0042]將一定質(zhì)量的硝酸銀直接加入到濃度為0.05mol/L的乙酰丙酮鈦的異丙醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行燃燒反應，反應溫度在400 V，反應時間為2小時，其中乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.5。燃燒反應結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在500 °C，反應時間為24 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0043]產(chǎn)品粒徑在100?IlOnm之間，禁帶寬度為2.85eV。其產(chǎn)品的收率為99.1%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為98.3%ο
[0044]實施例5。
[0045]將一定質(zhì)量的硝酸銀直接加入到濃度為0.01mol/L的乙酰丙酮鈦的乙二醇溶液中，在醇溶液中溶解混合均勻。將得到的混和溶液進行燃燒反應，反應溫度在400 V，反應時間為8小時，其中乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.5。燃燒反應結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進行高溫反應，高溫反應溫度在800 °C，反應時間為24 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0046]產(chǎn)品粒徑在130?150nm之間，禁帶寬度為3.0 eV。其產(chǎn)品的收率為99.0%。產(chǎn)品純度不低于99.6%，雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的二氧化鈦/銀復合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡后進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度，計算降解率。在光催化評價催化活性的試驗中，60分鐘的降解率為97.00Zoo
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于，將乙酰丙酮鈦和硝酸銀，在醇溶液中溶解混合均勻后，在一定溫度下進行燃燒反應，接續(xù)高溫反應后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。2.根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鈦和硝酸銀的摩爾比為1:0.2?I。3.根據(jù)權利要求2所述的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鈦在醇溶液中的摩爾濃度為0.0l?0.5 mol/Lo4.根據(jù)權利要求3所述的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。5.根據(jù)權利要求4所述的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的燃燒反應溫度在150?400°C，燃燒反應時間為2?8 ho6.根據(jù)權利要求5所述的二氧化鈦/銀復合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的高溫反應溫度在500?800 °C，反應時間為6?24 h。
【文檔編號】B01J23/50GK105854875SQ201610222670
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】許家勝, 車昕彤, 張 杰, 張霞, 王莉麗, 王琳, 孫譽東, 鐘克利, 李閣, 唐爽, 丁亮, 艾慧婷, 劉嬌, 唐克, 邢錦娟, 張艷萍, 劉琳, 錢建華
【申請人】渤海大學