一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法

摘要

本发明公开了一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法，所述方法的具体步骤如下：(1)首先往氢化钛或氮化钛粉末中加入过氧化钠或过氧化钾，然后混合均匀，再加入水，搅拌均匀；(2)将反应釜的聚四氟乙烯内衬在室温下在王水中浸泡1h，然后用蒸馏水煮沸三次，然后将步骤(1)制备的粉体混合液放入聚四氟乙烯内衬中，将聚四氟乙烯内衬置于配套的钢套筒中，拧紧；(3)将反应釜置于恒温反应器中，在150-250℃下，反应3-7h；(4)反应结束后，将步骤(3)得到的产物进行离心，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤；(5)将步骤(4)得到的沉淀物烘干，得到黑色的二氧化钛粉体。

权利要求

1.一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：(1)首先往80-100重量份的氮化钛粉末中加入80-100重量份的过氧化钠或过氧化钾，然后混合均匀，再加入90-100重量份的水，搅拌均匀；

(2)将反应釜的聚四氟乙烯内衬在室温下在王水中浸泡1h，然后用蒸馏水煮沸三次，然后将步骤(1)制备的粉体混合液放入聚四氟乙烯内衬中，将聚四氟乙烯内衬置于配套的钢套筒中，拧紧；

(3)将反应釜置于恒温反应器中，在200℃下，反应5h；

(4)反应结束后，将步骤(3)得到的产物进行离心，转速为3000-5000r/min，时间为

10-15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤；

(5)将步骤(4)得到的沉淀物烘干，得到黑色的二氧化钛粉体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，步骤(1)制备的粉体混合液在聚四氟乙烯内衬中的填充度为80％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，转速为4000r/min，时间为

15min。

说明书

一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及二氧化钛制备技术领域，尤其涉及一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法。

背景技术

[0002] 随着经济增长，人们环保意识的提高，环境问题也日益得到越来越多的关注。而空气当中含有的有毒有害气体也危害人们的身体健康，如何安全，高效地降低空气中有毒有害气体的含量也成为了一个重要的课题。光触媒作为一种无毒无害并且高效的纳米光催化剂，逐渐进入市场当中，并吸引了越来越多的注意力。光催化，顾名思义，就是由光引起的催化作用，在光的诱发下，该催化剂可以安全高效地分解甲醛，甲苯，TVOC等有毒有害气体，除此之外还具有消毒杀菌的作用。目前，由于二氧化钛成本低廉，性能良好，所以国内的光催化剂都选用二氧化钛为核心材料。未经任何掺杂处理的二氧化钛均为白色，为本征半导体，其禁带宽度为3.2eV。根据半导体光催化的原理，白色二氧化钛若想发挥其光催化特性，只有吸收太阳光谱中的紫外部分才可被激活。然而阳光中的的紫外部分仅为5％不到，因此白色二氧化钛的量子产率较低。

[0003] 为了解决白色二氧化钛量子产率低的问题，人们开始将二氧化钛与其他离子进行掺杂，降低其禁带宽度。而二氧化钛的自掺杂(3价钛取代4价钛)因为其具有的更广光谱敏感性，更高的催化效果，而逐渐成为研究的热点。而二氧化钛也因此具有了不同的颜色。黑色的TiO2最初由X.Chen于2011年发现，其制备过程是将普通TiO2在氢气的氛围中煅烧，一段时间之后其颜色直接由白色转变成黑色，吸收边带也相应移动到远红外区域，在之后的光催化分解水的实验中，黑色的TiO2表现出了极佳的性能。之后黑色二氧化钛的制法基本也与此类似，均是通过化学还原将4价的钛还原为3价的钛，从而达到自掺杂的目的。
但是该方法耗能大，生产条件严苛，产率也较低，产品质量也无法保证，从而导致成本居高不下。

[0004] 综上所述，通过自掺杂方法制备的黑色二氧化钛，其对提高光触媒量子产率起到了至关重要的作用。而如何寻找出一种廉价简便的方法制备出低成本的黑色二氧化钛，则成为了当前研究的主要课题。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明提出了一种全新的制备黑色二氧化钛的工艺，通过采用水热合成的方法，可以制得自掺杂型黑色二氧化钛。

[0006] 本发明采用如下技术方案：

[0007] 本发明的利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法的具体步骤如下：

[0008] (1)首先往80-100重量份的氢化钛或氮化钛粉末中加入80-100重量份的过氧化钠或过氧化钾，然后混合均匀，再加入90-100重量份的水，搅拌均匀；

[0009] (2)将反应釜的聚四氟乙烯内衬在室温下在王水中浸泡1h，然后用蒸馏水煮沸三次，然后将步骤(1)制备的粉体混合液放入聚四氟乙烯内衬中，将聚四氟乙烯内衬置于配套的钢套筒中，拧紧；

[0010] (3)将反应釜置于恒温反应器中，在150-250℃下，反应3-7h；

[0011] (4)反应结束后，将步骤(3)得到的产物进行离心，转速为3000-5000r/min，时间为10-15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤；

[0012] (5)将步骤(4)得到的沉淀物烘干，得到黑色的二氧化钛粉体。

[0013] 步骤(2)中，步骤(1)制备的粉体混合液在聚四氟乙烯内衬中的填充度为80％。

[0014] 步骤(3)中，优选在200℃下，反应5h。

[0015] 步骤(4)中，优选转速为4000r/min，时间为15min。

[0016] 水热法是指在特制的高压反应釜里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。由于水热反应是在非受限的条件下进行，因此在制备纳米粉体上与其它湿化学方法相比有许多优越性，如具有在高温高压下一次完成，无需后期晶化处理，所制得粉体粒度分布窄，团聚程度低，成分纯净，制备过程污染小，易实现工业化生产等优点而且通过该方法制得的产品粒径可通过控制反应条件调节。该方法制备工艺简单，设备廉价，极其适合于企业的大规模生产。另外采用水热法制备黑色二氧化钛可以通过控制反应条件控制产品粒径与掺杂浓度得到不同性能的黑色二氧化钛产品。

[0017] 本发明的积极效果如下：

[0018] 1.本发明利用钛的氢化物或者氮化物作为原材料，来源丰富，成本低廉；

[0019] 2.本发明步骤简单，反应时间短，可大大提高生产效率，降低生产成本；

[0020] 3.本发明中的水热合成法可较精确的调控产品的粒径，以及掺杂度，可满足不同的使用环境。

附图说明

[0021] 图1是实施例1制备的黑色二氧化钛粉末的XRD图谱。

[0022] 图2是实施例1制备的黑色二氧化钛粉末的扫描电镜图谱。

[0023] 图3是实施例1制备的黑色二氧化钛与P25型普通白色二氧化钛降解亚甲基蓝效率对比图。

具体实施方式

[0024] 下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

[0025] 实施例1

[0026] 取市面上所售的北京浩运FTiH2型氢化钛粉末100g，天津大贸试剂厂的过氧化钠100g，水100g，置于烧杯中，混合均匀后，加入反应釜聚四氟乙烯内衬中。填充度为80％。将内胆套入反应釜中，拧紧钢盖。将反应釜至于恒温反应器中，反应温度为200℃，反应时间为
5h。反应结束后，将得到的产物离心，转速为4000r/min，离心时间为15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤多次，在烘箱中将沉淀物烘干，得到黑色二氧化钛粉末。

[0027] 实施例2

[0028] 取市面上所售的锦州昊天FTiH2型氢化钛粉末90g，天津大沽化工的过氧化钠100g，水100g，置于烧杯中，混合均匀后，加入反应釜聚四氟乙烯内衬中。填充度为80％。将内胆套入反应釜中，拧紧钢盖。将反应釜至于恒温反应器中，反应温度为200℃，反应时间为
5h。反应结束后，将得到的产物离心，转速为4000r/min，离心时间为15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤多次，在烘箱中将沉淀物烘干，得到黑色二氧化钛粉末。

[0029] 实施例3

[0030] 取市面上所售的锦州海鑫FTiH2-2型氢化钛粉末80g，天津福晨化学试剂厂的过氧化钠80g，水90g，置于烧杯中，混合均匀后，加入反应釜聚四氟乙烯内衬中。填充度为80％。将内胆套入反应釜中，拧紧钢盖。将反应釜至于恒温反应器中，反应温度为200℃，反应时间为5h。反应结束后，将得到的产物离心，转速为4000r/min，离心时间为15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤多次，在烘箱中将沉淀物烘干，得到黑色二氧化钛粉末。

[0031] 实施例4

[0032] 取市面上所售的北京兴荣源TIMP1型氮化钛粉末80g，天津福晨化学试剂厂的过氧化钠80g，水100g，置于烧杯中，混合均匀后，加入反应釜聚四氟乙烯内衬中。填充度为80％。将内胆套入反应釜中，拧紧钢盖。将反应釜至于恒温反应器中，反应温度为200℃，反应时间为5h。反应结束后，将得到的产物离心，转速为4000r/min，离心时间为15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤多次，在烘箱中将沉淀物烘干，得到黑色二氧化钛粉末。

[0033] 实施例5

[0034] 取市面上所售的锦州海鑫TiN型氮化钛粉末100g，北京华业寰宇化工的过氧化钾100g，水100g，置于烧杯中，混合均匀后，加入反应釜聚四氟乙烯内衬中。填充度为80％。将内胆套入反应釜中，拧紧钢盖。将反应釜至于恒温反应器中，反应温度为200℃，反应时间为
5h。反应结束后，将得到的产物离心，转速为4000r/min，离心时间为15min，弃去上清液，取沉淀物，用去离子水洗涤多次，在烘箱中将沉淀物烘干，得到黑色二氧化钛粉末。

[0035] 实施例6本发明制备的黑色二氧化钛粉末的催化性能

[0036] 实验方法：

[0037] 1.取两支透明试管，洗净烘干，装入一定量的亚甲基蓝溶液，用分光光度计测此时亚甲基蓝溶液的吸光度C0；

[0038] 2.称取市售的PM25型TiO2粉末2g，与本方法中制得的黑色TiO2粉末2g，分别加入到两支试管中，并将试管标记为A、B；

[0039] 3.将两支试管至于日光灯中，开始计时，并每隔5min取等体积的亚甲基蓝溶液，用分光光度法测其吸光度，并与最初测得的亚甲基蓝吸光度比较，得到C/C0值；

[0040] 4.根据C/C0值与时间关系，可得图3。

[0041] 由图3可知，与P25型TiO2相比，本方法制备的黑色TiO2在普通灯光照射下具有更优良的光催化特性。

[0042] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。