[发明专利]冷冻干燥型TiO2/SiO2光催化复合粉体及其制法

说明书

技术领域

本发明公开了一种冷冻干燥型TiO₂/SiO₂光催化复合粉体及其制备方法—冷冻干燥法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

TiO₂具有无毒、稳定性高、光学性质优良及催化活性高等优点被广泛应用，但TiO₂禁带宽度较大使得其对太阳光的利用率较低。另一方面，TiO₂在使用过程中易受污染从而导致活性下降甚至消失。而TiO₂/SiO₂复合材料具备良好的表面活性、绝缘性、良好的透明性以及较高的光催化活性，能够有效解决上述难题。

目前制备TiO₂/SiO₂复合材料的方法有共沉淀法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等，但上述方法中TiO₂/SiO₂复合材料均是在较高的温度下进行干燥处理，致使两组分难以混合均匀且颗粒粒径较大。中国发明专利（申请号：201010232209.2）以钛酸丁酯为原材料制备TiO₂亚微米球并分散到正硅酸乙酯溶胶中，并在130～140℃温度下进行干燥发泡制得TiO₂/SiO₂复合粉体；中国发明专利（专利号：CN 101549285A）将TiO₂粉末的分散液与一定浓度的硅酸钠溶液混合并依此通过陈化、离心以及干燥研磨等步骤制备TiO₂/SiO₂复合粉体，且干燥温度为100～110℃；中国发明专利（申请号：201210190865.X）分别以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原材料制备TiO₂乳液和SiO₂溶胶并按8:2-1的比例进行混合，随后混合液在100℃下干燥20min并进一步煅烧制得TiO₂/SiO₂复合材料。目前还未见采用冷冻干燥处理并以硅粉及TiO₂粉末为主要原材料的TiO₂/SiO₂复合材料。

发明内容

本发明解决的技术难题在于提供一种制备TiO₂/SiO₂光催化复合粉体的新方法—冷冻干燥法，该制备方法所需仪器设备简单、原材料价格低廉并且制备工序简单，所制备出的复合粉体粒径分布较窄、形状规整、纯度和成品率高。

本发明通过以下技术方案来实现：

冷冻干燥型TiO₂/SiO₂光催化复合粉体及其制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

将去250g离子水加入三口烧瓶并预热到40～60℃，随后加入1～30g单质硅粉和1～10g硅酸钠快速搅拌并缓慢升温至80～90℃，在升温过程中分批加入50g一定浓度的硅酸钠与氨水混合水溶液；

将上述混合液在80～90℃的水浴条件下反应2～9h，然后将混合液冷却至室温后抽滤可得到不同浓度的纳米SiO₂溶胶A；

将占溶胶A质量比为0.05～0.6%的六偏磷酸钠（SHMP）和0.1～1%聚乙二醇（PEG）加入到一定浓度的纳米溶胶A中，并将纳米TiO₂粉末按照Si：Ti =1：1～7的比例，将纳米TiO₂粉末添加到溶胶A中并在一定超声功率和频率下将纳米TiO₂粉末处理0.1h～2.5h，最终得到TiO₂分布均匀的复合预分散液B；

将复合预分散液B放入冷冻干燥机中在-50～10℃的冷冻温度及1～50Pa的真空度下进行干燥后得干凝胶，将干凝胶于300～600℃进行恒温煅烧，煅烧2.5～5.5h后取出并碾磨制得SiO₂/TiO₂光催化复合粉体。

所述的硅粉为纯度大于99%的单质硅粉，所述氨水为体积浓度为25～28%的氨水，所述硅酸钠为分析纯（AR），所述纳米TiO₂粉体为粒径20～25nm的锐钛矿型TiO₂。

所述硅酸钠与氨水混合水溶液中硅酸钠质量分数范围为0.05～10%，氨水范围为1～3%。

所述超声处理由超声设备提供，设备超声功率设置范围为40～100W，温度设定为20～35℃，超声频率设置为30～40KHz。