[发明专利]一种高活性面二氧化钛微球光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于紫外光降解有机污染物的高活性面二氧化钛微球光催化剂及其制备方法，属于二氧化钛催化剂技术领域。

背景技术

近年来，环境污染已成为威胁人类生存的一个严重问题，而迅速发展起来的半导体光催化氧化技术，成为治理环境问题的一种有效方法。在众多的半导体光催化剂中，纳米TiO₂以其高稳定性、高活性及价格低廉、无毒无污染等突出的优点，在光催化领域已被广泛的研究，并且已应用于水和空气的净化装置、自洁净玻璃的表面涂层、染料敏化太阳能电池等领域。

然而，在实际应用中，二氧化钛的活性需要进一步提高。对于锐钛矿型二氧化钛，理论和实验都已发现其面具有高的催化活性，但是，由于高活性面在晶体生长过程中会逐渐消失来降低表面能，因此很难获得高活性面的单晶。《自然》杂志(Nature 2008，453，638~641)通过理论计算发现氟离子能降低面的表面能，并合成了包含47％(001)面的二氧化钛单晶。随后《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.2009，131，4078~4079)报道水热合成了含89％高活性面的二氧化钛纳米片。但是，由于微米级的二氧化钛单晶比表面积很小，而二氧化钛纳米片也很难分离回收，这些限制了上述包含高活性面的二氧化钛在实际中的应用。

发明内容

本发明针对现有二氧化钛单晶生长技术及应用技术存在的问题，提供一种用于降解有机污染物的具有高活性面、大比表面积并且易于分离回收的高活性面二氧化钛微球光催化剂，同时提供一种制备方法简单、产率高的该光催化剂的制备方法。

本发明的高活性面二氧化钛微球光催化剂，具有三维多孔结构，微球直径为3μm--6μm，球体由边长为20nm--40nm、厚2nm--4nm的二氧化钛纳米片组成，并且纳米片暴露83％的高活性面，微球的比表面积为151m²/g--159m²/g，孔容积为0.24cm³/g，平均孔直径为3nm--3.2nm。

上述高活性面二氧化钛微球光催化剂为大比表面积的微米级功能材料，且微球容易沉淀，易于回收重复使用，因而比较适合在实际应用中降解有机污染物。另外，该微球的紫外吸收能力明显高于商业化应用的二氧化钛(Degussa P25)。

本发明的高活性面二氧化钛微球光催化剂的具体制备方法如下：

将钛酸四丁酯和乙醇或丙醇或丁醇按体积比1∶2--9的比例搅拌混合均匀，加入体积浓度为40％的氢氟酸溶液，其中钛酸四丁酯和氢氟酸溶液的体积比为5--15∶1，将混合液放入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃--180℃下反应4.5小时--24小时，自然冷却后，将产物洗涤、抽滤、干燥即可得到直径为3μm--6μm的锐钛矿相高活性面二氧化钛微球光催化剂。

本发明制备的二氧化钛微球光催化剂具有独特的三维结构，该微球具有高比表面积，同时具有多孔结构，适合于用于光催化降解有机污染物，由于微球结构，该催化剂很容易分离，因而在实际应用中易于回收利用。并且有较强的紫外吸收能力，紫外光下催化活性高，明显高于商业化应用的二氧化钛。该二氧化钛微球光催化剂制备方法简单，制备产率高，具有极大的产业化价值。

附图说明

图1是实施例1所制得的二氧化钛微球的X射线衍射图；

图2是实施例1所制得的二氧化钛微球的低倍SEM图；

图3是实施例1所制得的二氧化钛微球的高倍SEM图；

图4是实施例1所制得的二氧化钛微球的高倍HRTEM图；

图5是实施例1所制得的二氧化钛微球与P25的紫外可见漫反射吸收比较图。

具体实施方式

实施例1

将10mL钛酸四丁酯加入到30mL无水乙醇中，在磁力搅拌下搅拌0.5小时混合均匀，随后加入2mL浓度为40％的氢氟酸溶液，继续搅拌0.5小时，将该混合液移入容积为80mL的带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，升温至180℃反应4.5小时，自然冷却至室温，取出过滤，乙醇洗涤，在40℃干燥5小时，得到白色二氧化钛微球，微球直径为3μm-4μm。得到的二氧化钛微球的X射线衍射图如图1所示，低倍SEM图如图2所示，高倍SEM图如图3所示，高倍HRTEM图如图4所示，与商业化应用的二氧化钛(Degussa P25)的紫外可见漫反射吸收比较如图5所示。

实施例2