[发明专利]以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO2复合材料的制备方法

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种以沉淀白炭黑为载体的负载型纳米TiO₂复合材料的制备方法，属于无机化工与光催化材料领域。

2.背景技术

20世纪70年代以来，纳米TiO₂已被证实是一种高效、无毒、性能稳定的光催化材料。但实际使用中存在两大问题。

一是纯纳米TiO₂易团聚和难以回收。将其负载在合适的载体材料上是目前研究解决其易团聚和难以回收的主要方法之一。目前研究的用于负载纳米TiO₂的载体材料主要有活性炭、分子筛、沸石、膨润土、海泡石、玻璃、陶瓷、硅藻土等。沉淀白炭黑是一种用水玻璃为主要原料生产的非晶质二氧化硅粉体材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、化学稳定性好等特点，是一种具有性能优势和成本比较优势的纳米二氧化钛载体材料。

二是纯纳米TiO₂光催化剂自然光利用率不高。TiO₂是一种宽禁带半导体，其锐钛矿型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，只有波长较短的紫外光(300～400nm)才能被其吸收和利用，极大地限制了纳米TiO₂光催化剂的应用范围。因此，利用可见光激发是研究TiO₂光催化剂的一个重要目标，而掺杂则是解决其高效利用可见光或自然光的主要途径。目前研究采用的掺杂方式主要有两种：非金属掺杂和金属掺杂。金属离子掺杂能够有效地拓展TiO₂的可见光响应，但是金属离子掺杂的TiO₂热稳定性较差，掺杂金属容易成为电子空穴复合中心，有些掺杂方法需要昂贵的离子注入仪器；非金属掺杂的TiO₂不仅在可见光区有较好的响应和表现出较强的光催化活性，且这种光催化活性是不以牺牲UV激发下光活性为代价，可克服金属离子掺杂的缺陷。而用与纳米TiO₂化学成分完全不同的非金属材料作为载体制备负载型纳米TiO₂复合材料，对于纳米TiO₂这种光催化剂来说本身也是一种掺杂方式，可以提高纳米TiO₂对可见光的利用率。

本发明针对目前纳米TiO₂光催化材料存在的问题，以沉淀白炭黑为载体，提出一种白炭黑负载纳米TiO₂复合材料的制备方法。这种负载型纳米二氧化钛复合材料不仅可以提高纳米二氧化钛材料对可见光的利用率和光催化性能，而且实用性好。

3.发明内容

将沉淀白炭黑加水搅拌制浆，加酸调节pH值后对浆料降温，然后依次加入TiCl₄溶液，硫酸铵溶液进行反应；将反应液升至一定温度后加入碳酸铵溶液调节溶液的pH值并陈化一定时间；最后将反应产物过滤、洗涤、干燥和煅烧，即得沉淀白炭黑负载纳米TiO₂材料。

其工艺步骤如下：

(1)沉淀白炭黑浆液制备将沉淀白炭黑加水搅拌制浆并加酸调至一定pH值；

(2)纳米TiO₂负载对浆液进行降温，待温度降至10℃以下后依次加入四氯化钛溶液和硫酸铵溶液进行反应；然后对反应液进行升温，待反应液温度升至20℃以上后加入碳酸铵溶液调节反应液的pH值并陈化；

(3)将步骤(2)反应产物过滤、洗涤，干燥、煅烧。

以下为本发明的配方和主要工艺条件：

(1)沉淀白炭黑浆液制备

清水与沉淀白炭黑的质量比＝100∶1～10；浆液pH值为1.5～3.0。

(2)纳米TiO₂负载

①原、辅料质量比为沉淀白炭黑∶四氯化钛∶硫酸铵＝100∶20～200∶30～180；

②用碳酸铵溶液调节反应液的pH值至4～6；

③陈化温度20～50℃；陈化时间0.5～2.0h。

(3)负载产物过滤、干燥与煅烧

干燥温度100～200℃；煅烧温度350～900℃，保温时间为1～6h。

下面通过实施例对本发明做进一步阐述，本发明的保护范围不受所举之例的限制。

用本发明制备的沉淀白炭黑负载纳米TiO₂复合材料，沉淀白炭黑颗粒表面上负载了主要晶型为锐钛型的纳米TiO₂粒子；TiO₂晶粒度为10～20nm。