一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种TiO2‑SiO2多孔材料的制备方法，以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为原料，无水乙醇和去离子水为溶剂，利用分散剂使离子均匀存在于干凝胶粉体中，再将此干凝胶直接压制成型，经热处理即可获得TiO2‑SiO2多孔材料；该方法制备周期短、工艺设备简单、成本低，由于利用了适当的分散剂配方，所得多孔材料的孔隙尺寸及分布更均匀。

权利要求

1.一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将柠檬酸溶于氨水中得到柠檬酸溶液，量取1/5的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将钛酸丁酯溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B；

(2)将分散剂加入溶液B中，再加入无水乙醇搅拌溶解，之后调节pH值至6～8获得溶胶B；所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成，分散剂加入溶液B中后，分散剂各组份的浓度范围均为0～0.5mol/L且不能取0；

(3)将溶胶B于80～85℃下水浴15～30min，在不断搅拌下将溶液A加入其中，继续在此水浴条件下至凝胶化，再在140～160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；

(4)将过筛后的干粉直接干压成型形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到TiO2-SiO2多孔材料。

2.根据权利要求1所述TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准。

3.根据权利要求1所述TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，Si与Ti的摩尔比为1：(3～10)，且Si离子与Ti离子之和与步骤1中柠檬酸总量的摩尔比为1：(1～2)。

4.根据权利要求1所述TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，无水乙醇的体积是氨水总体积的1/2～1。

5.根据权利要求1所述TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，其特征在于，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为600～800℃。

说明书

一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料技术领域，特别涉及一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法。

背景技术

[0002] 纳米TiO2-SiO2复合材料是一种高效的光催化剂，其具有较大的比表面积，吸光性能强，因此其具有优良的光催化性，可被广泛用于空气净化、有机物的降解等领域。纳米TiO2-SiO2复合粉体材料的微观形貌、粒径、晶相组成及比表面积对其光催化性能影响较大，随着TiO2-SiO2复合粉体材料粒径的减小，其表面活性越大，光催化活性越大。但是，比表面积的增大易造成TiO2-SiO2复合纳米粉体的团聚现象，这将不利于TiO2-SiO2复合粉体的光催化效果。合成TiO2-SiO2多孔材料，当多孔材料的孔隙为开孔，孔隙小且尺寸分布较均匀时，即可有效解决团聚问题，可保持较高的表面活性，从而具有较高的光催化活性。

发明内容

[0003] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，具有生产工艺简单、设备要求简单、周期短的特点。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

[0006] (1)将柠檬酸溶于氨水中得到柠檬酸溶液，量取1/5的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将钛酸丁酯溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B；

[0007] (2)将分散剂加入溶液B中，再加入无水乙醇搅拌溶解，之后调节pH 值至6～8获得溶胶B；

[0008] (3)将溶胶B于80～85℃下水浴15～30min，在不断搅拌下将溶液A加入其中，继续在此水浴条件下至凝胶化，再在140～160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；

[0009] (4)将过筛后的干粉直接干压成型形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到TiO2-SiO2多孔材料。

[0010] 所述步骤(1)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准。

[0011] 所述步骤(1)中，Si与Ti的摩尔比为1：(3～10)，且Si离子与Ti 离子之和与步骤1中柠檬酸总量的摩尔比为1：(1～2)。

[0012] 所述步骤(2)中，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。

[0013] 所述分散剂加入溶液B中后，分散剂各组份的浓度范围均为0～0.5mol/L。

[0014] 所述步骤(2)中，无水乙醇的体积是氨水总体积的1/2～1。

[0015] 所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为600～800℃。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的TiO2-SiO2多孔材料的制备方法中，以乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000等作为分散剂直接进行络合发泡的凝胶化过程，通过控制各物质的浓度，特别是各分散剂的用量，配制出适合直接成型的干凝胶，这不仅可以减少造粒、陈腐的过程，还可使结晶过程与烧结一步完成。结合埋烧的热处理过程，利用有机物的发泡和分解燃烧过程形成TiO2-SiO2多孔材料。这种方法工艺步骤少、制备周期短、设备简单、成本低，且所得TiO2-SiO2多孔材料的孔隙尺寸及分布可控性好。

具体实施方式

[0017] 下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。

[0018] 实施例1

[0019] 一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

[0020] (1)将柠檬酸溶于氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取1/5的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将钛酸丁酯溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Ti(摩尔比)＝1：3，离子：柠檬酸(摩尔比)＝1：1。

[0021] (2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成，其中聚乙二醇又包括聚乙二醇400、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000)加入溶液B中，分散剂各组份的浓度控制在0.5mol/L。加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积是步骤1氨水体积的 1/2)，之后调节pH值至6～8即获得溶胶B。

[0022] (3)将溶胶B于85℃下水浴15～30min，在不断搅拌下将溶液A加入其中，继续在此水浴条件下至凝胶化。再在140℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。

[0023] (4)将过筛后的干粉直接干压成形形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得TiO2-SiO2多孔材料，热处理温度为 600℃。所得TiO2-SiO2多孔材料中颗粒尺寸约为100nm～500nm，间隙尺寸为50nm～150nm。

[0024] 实施例2

[0025] 一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

[0026] (1)将柠檬酸溶于氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取1/5的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将钛酸丁酯溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Ti(摩尔比)＝1：10，离子：柠檬酸 (摩尔比)＝1：2。

[0027] (2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成)加入溶液B中，分散剂各组份的浓度控制在0.4mol/L。加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积与步骤1氨水体积相同)，之后调节pH值至6～8即获得溶胶B。

[0028] (3)将溶胶B于80℃下水浴15～30min，在不断搅拌下将溶液A加入其中，继续在此水浴条件下至凝胶化。再在150℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。

[0029] (4)将过筛后的干粉直接干压成形形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得TiO2-SiO2多孔材料，热处理温度为 800℃。所得TiO2-SiO2多孔材料中颗粒尺寸约为100nm～500nm，间隙尺寸为50nm～150nm。

[0030] 实施例3

[0031] 一种TiO2-SiO2多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

[0032] (1)将柠檬酸溶于氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取1/5的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将钛酸丁酯溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Ti(摩尔比)＝1：5，离子：柠檬酸(摩尔比)＝1：1.5。

[0033] (2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成)加入溶液B中，分散剂各组份的浓度控制在0.01、0.1、0.1、0.2、0.2、0.5mol/L。加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积是氨水体积的3/4)，之后调节pH值至6～8即获得溶胶B。

[0034] (3)将溶胶B于80℃℃下水浴15～30min，在不断搅拌下将溶液A加入其中，继续在此水浴条件下至凝胶化。再在160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。

[0035] (4)将过筛后的干粉直接干压成形形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得TiO2-SiO2多孔材料，热处理温度为 700℃。所得TiO2-SiO2多孔材料中颗粒尺寸约为100nm～500nm，间隙尺寸为50nm～150nm。