[发明专利]一种镧和钆共掺杂二氧化钛介孔微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔微球的制备方法，特别是涉及一种镧和钆共掺杂二氧化钛介孔微球的制备方法，属于介孔材料和光催化材料领域。

背景技术

随着世界经济的飞速发展，人类对赖以生存的化石能源的过度使用导致了温室效应、大气污染、土壤污染、水污染等一系列严重的环境污染问题，从而极大的破坏了地球的生态环境。环境污染除了给生态系统造成直接的破坏和影响外，污染物的积累和迁移、转化还会引起各种衍生的环境效应，给生态系统和人类社会造成间接的更严重的危害。因此，解决环境问题从而实现人类的可持续发展成为二十一世纪极具挑战性的课题。光催化氧化法是近年来出现的高级水处理技术，在一定的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO₂和H₂O等简单无机物，避免了二次污染，简单、高效，是一种应用性很强的高级氧化技术。半导体光催化剂TiO₂由于无毒、价廉、稳定性高和优异的光电性能而引起了人们的广泛关注。但是，传统的TiO₂光催化剂因光生电荷复合率高而限制了其大规模的环境应用。因此，如何进一步提高TiO₂光催化剂的光催化效率成为函待解决的问题。

为了解决上述问题，可以采取提高结晶程度、增加比表面积及元素掺杂等方法来扩大对太阳光的光谱响应范围并抑制电子-空穴对的复合。由于介孔材料具有2nm到50nm的孔径，比表面积大，因此，高结晶度的介孔锐钛矿相TiO₂将具备良好的光催化性能和潜在的应用前景。此外研究表明，稀土元素具有特殊的4f电子结构，且稀土氧化物具有多晶型、强吸附性、稳定性，适量的稀土离子的掺杂能有效的改善TiO₂的半导体性质，稀土离子能取代TiO₂中的Ti，从而使TiO₂在不降低紫外光下活性的同时扩大其对太阳光的光谱响应范围，提高其对可见光的利用率。近年来，有关稀土元素对二氧化钛进行掺杂改性的研究也取得了关键性进展，但仍存在很大的研究空间，尤其是双稀土元素改性的研究很少。

发明内容

本发明的目的在于解决现有二氧化钛光催化剂比表面积小、光催化活性低、效率差等技术问题，采用P123前段共聚物为模板剂制备具有高比表面积、高结晶度的双稀土掺杂的TiO₂介孔微球。

本发明提供一种镧和钆共掺杂二氧化钛介孔微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将P123模板剂溶于无水乙醇中，搅拌使模板剂完全溶解；

（2）加入钛酸酯、酸、乙酰丙酮及去离子水，剧烈搅拌使之混合均匀；

（3）在上述溶液中加入镧盐、钆盐，搅拌使之形成均匀溶液；

（4）将混合均匀的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在120 ℃～180 ℃下水热反应12～72小时。

（5）反应结束后将沉淀产物用蒸馏水、无水乙醇洗涤，然后在60 ℃～80 ℃下干燥6～24小时，即得到镧和钆共掺杂的二氧化钛介孔微球。

步骤（1）所述的P123模板剂与无水乙醇的比例为1:10～1:20。

步骤（2）所述钛酸酯为钛酸四丁酯，或钛酸异丙酯，加入量与无水乙醇的比例为1:6～1:8。

步骤（2）所述酸可为浓盐酸、或硝酸，或醋酸，与钛酸酯的体积为1:5～1:10；去离子水与钛酸酯的体积比为0.25:1～0.5:1，与乙酰丙酮的体积比为1:1～1:3；去离子水与钛酸酯的体积比为0.25:1～0.5:1。

步骤（3）所述的稀土硝酸镧的加入量按钆离子与二氧化钛的摩尔百分比进行计量，加入量为0.2%～4.0%。

步骤（3）所述的稀土硝酸钆的加入量按钆离子与二氧化钛的摩尔百分比进行计量，加入量为0.2%～2.0%。

步骤（5）所述的干燥方法为常压干燥，或真空干燥,所述的干燥时间为6～24小时。

本发明中，所采用钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、硝酸镧、硝酸钆、盐酸、硝酸、乙酰丙酮均为分析纯。

本发明方法所得产物的结构、形貌、组成进行表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附比表面积测试仪（BET）等手段进行表征。

该制备方法能够将多种稀土离子成功负载在二氧化钛微球的表面及内部，稀土离子在二氧化钛微球中的分散性高，产物性质稳定；产物为锐钛矿晶型，结晶度高；该产物的制备方法简单，成本低廉，比表面积大，有望应用于光催化领域。