[发明专利]一种有序介孔(TiO2-Cu)纳米复合体及水热法超临界萃取制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种有序介孔(TiO₂-Cu)纳米复合体及水热法超临界萃取制备工艺，属于功能材料领域。

背景技术

TiO₂因其生物惰性和化学惰性、不会发生光腐蚀和化学腐蚀，价格低廉等优点，而被证明是应用最为广泛的一种光催化剂。由于TiO₂的电子分布特征在于其导带和价带之间有带隙的存在。当受到光照时，只要光子的能量等于或超过半导体的带隙能(hv≥E_g)，就能使电子从价带跃迁到导带，从而产生导带电子和价带空穴。在空间电荷层的电场作用下，导带的自由电子迅速迁移到半导体微粒表面而转移给溶液中的氧化组分，从而光生电子与空穴经过一系列反应形成羟基自由基·OH，它可以氧化几乎所有的有机物。因此，其在环保领域(如废水废气处理)具有强大的应用前景。反应过程如下：

TiO₂+hv→h⁺+e^-

H₂O+h⁺→·OH+H⁺

e^-+O₂→O₂^-·

H⁺+O₂^-·→HO₂·

2HO₂·→H₂O₂+O₂

H₂O₂+O₂^-·→·OH+OH^-+O₂

h⁺+OH^-→·OH

h⁺+org→中间体→CO₂+H₂O

·OH+org→中间体→CO₂+H₂O

然而，由于TiO₂带隙较宽(约3.2eV)，其吸收的阈值波长小于400nm，对太阳光的利用率不高；影响了TiO₂多相光催化反应的实用化和产业化进程。研究发现，通过过渡金属掺杂或半导体氧化物复合可以提高TiO₂光催化活性和可见光利用率。因此，纳米TiO₂-X(X：过渡金属)掺杂光催化材料也就成为光催化领域的研究热点之一。但是，制备的TiO₂-X纳米粉体、纳米纤维比表面积小，光催化活性和光催化效率不高，也影响和限制了其实际应用。因此，制备有序掺杂介孔TiO₂纳米复合体是解决光催化技术应用于污水降解处理最为有效的方法。然而，传统煅烧法都导致合成材料孔隙坍塌，使比表面积大幅降低。但值得关注的是，迄今还没有制备介孔(TiO₂-X)复合纳米光催化材料的有效方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种有序介孔(TiO2-Cu)纳米复合体水热法超临界萃取制备工艺，旨在解决传统煅烧法都导致合成材料孔隙坍塌，使比表面积大幅降低。但值得关注的是，迄今还没有制备介孔(TiO₂-X)复合纳米光催化材料的有效方法的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种有序介孔(TiO₂-Cu)纳米复合体的制备工艺，该制备工艺通过软模板法合成“表面活性剂-无机物“沉淀，然后，采用超临界萃取技术将表面活性剂软模板从沉淀中萃取，再通过蒸馏水漂洗处理合成有序介孔(TiO₂-Cu)纳米复合体。

进一步，该制备工艺的具体步骤为：

1)、以四氯化钛为起始原料，以十二烷基三甲基溴化铵为表面活性剂软模板，在蒸馏水、浓盐酸的相互作用下，通过水热反应合成纳米复合体；

2)、以乙醇、甲醇为萃取剂，通过超临界萃取表面活性剂软模板后，再采用蒸馏水漂洗处理，制备有序介孔(TiO₂-Cu)复合材料。

进一步，所用试剂重量百分比为：四氯化钛，纯度＞99.0，50-65％；去离子水，1-5％；无水乙醇，纯度＞99.9，75-85％；甲醇，纯度＞99.9，70-80％，十二烷基三甲基溴化铵，纯度＞99.0，10-20％；硝酸金，纯度＞99.0，0.5-1％。