[发明专利]一种低密度TiO2/SiO2复合微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料制备的技术领域，特别涉及一种低密度TiO₂/SiO₂微球及其合成技术。

背景技术

TiO₂半导体物理化学性质稳定、原料来源丰富、无毒以及光催化活性高等优点，使得其作为光催化剂，在环境净化领域得到了广泛的研究。TiO₂的存在形态有无定形、锐钛矿型、板钛矿型及金红石型，其中无定形一般被认为无催化活性，板钛矿型由于纯粹单一晶型产品的制备较为困难而较少被研究，锐钛矿型是其中光催化活性较高的一种晶态。除了晶型外，粒子尺寸也会影响TiO₂的活性。尺寸的TiO₂粒子具有较高的光催化活性，但是其在使用过程中存在分离回收困难、容易流失等问题。制备低密度、具有尺寸空洞的无规网络结构TiO₂微球能够很好地解决这一问题。这种多孔性TiO₂微球的比表面积、气孔直径及气孔体积等结构特征参数直接影响到产品的光催化效率。高的比表面积、气孔体积具有较为丰富的反应活性点，并且有利于吸附富集环境中低浓度的待降解有机物分子，从而可提高产品的光催化效率。

利用钛醇盐水解及缩聚反应的溶胶-凝胶过程是制备TiO₂光催化剂的常用方法。为了获得理想的微结构，可利用在原料中添加表面活性剂或聚合物，然后利用高温煅烧除去添加物的方法提高产品的比表面积及气孔率。本发明提出了一个新颖的合成思路，采用一步水热过程，利用先行形成的复合壳层控制内部凝胶的收缩，实现了TiO₂微球内部结构的自我智能调控。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种低密度、高比表面积TiO₂/SiO₂复合微球及其合成方法，

本发明所提供的低密度TiO₂/SiO₂复合微球的合成方法为：

首先，配制钛酸四正丁酯的络合物，由于钛酸四正丁酯的水解活性较高，遇水快速水解形成TiO₂，所以采用乙酰丙酮络合，以缓和其水解速率；其次，配制O/W型乳液体系，以钛酸四正丁酯络合物为油相分散相，去离子水为连续相，十二烷基苯磺酸为界面稳定剂，配制O/W型乳液体系，第三，Si源的介入，向分散体系中加入一定量的正硅酸乙酯及乙醇，正硅酸乙酯的加入，一方面旨在获得TiO₂/SiO₂复合微球，另一方面旨在利用正硅酸乙酯在油滴表面的吸附及水解反应形成一定强度的球壳层，以抑制内部钛酸四正丁酯水解产生的体积收缩，最终获得低密度的TiO₂复合微球，乙醇的使用旨在提高正硅酸乙酯与水的相容性；第四，水热处理，将配制的O/W型分散体系转入高压反应釜中，于150℃条件下，水热反应10h即可获得TiO₂/SiO₂复合微球。

具体操作为：

(1)将十二烷基苯磺酸溶解于去离子水中，配制成十二烷基苯磺酸溶液，

其中，配制的十二烷基苯磺酸溶液的浓度为90mg/L；

(2)将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮进行络合，得到钛酸四正丁酯络合物；

(3)将步骤(2)中得到的钛酸四正丁酯络合物加入到步骤(1)中得到的十二烷基苯磺酸溶液中，搅拌均匀得到水性分散体系；

(4)向步骤(3)中得到的水性分散体系中，加入一定比例的正硅酸乙酯及乙醇，并搅拌均匀，得到反应体系，也就是以下各实施例中所说的“O/W型分散体系”；

(5)将步骤(4)中得到的反应体系于150℃条件下，水热反应10h，将反应产物离心分离、洗涤、干燥，得到低密度TiO₂/SiO₂复合微球，

其中，对反应产物按照“去离子水洗涤、乙醇洗涤”的顺序进行洗涤，“干燥”操作为，在60℃下干燥6h。