[发明专利]一种多孔钛基光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种多孔钛基光催化材料及其制备方法，尤其涉及一种采用β-CD微球制备多孔结构的钛基光催化材料、制备方法及其用途。

背景技术

二氧化钛材料自1972年被Fujishima和Hondn发现光催化水分解以来，其在光催化技术领域中的应用研究引起了人们的广泛专注。目前，TiO₂及其复合物常常是以粉末和薄膜的形式存在，不仅成本高，且不易回收。但具有丰富孔道结构和更大比表面积的多孔TiO₂，在提高传质效率，增加表面活性点位，增强光的吸收，缩短光生电荷从体相到表面的扩散距离，提高光生电荷的分离效率，提高有机物在催化剂表面的富集浓度等多个方面具有明显优势，从而加快了反应速度，提高光催化效率。另一方面，多孔TiO₂材料的孔径尺寸在一定范围内可调，表面易于改性等特点，可有效地增强光电转换、光催化等功能，使其在空气净化、水处理、太阳能电池、生物材料、纳米材料微反应器等方面表现出了广阔的应用前景而备受瞩目。

多孔TiO₂材料的合成方法主要分为两大类，模板法和无模板自组装法。模板法又分为软模板法和硬模板法。软模板法不仅可以制备纯TiO₂，而且可以制备复合型TiO₂。Bian等（The Journal of Physical Chemistry C, 2008.112(16): 6258-6262）以嵌段共聚物P123作为模板剂成功合成出了有序介孔Bi_i2O₃/TiO₂复合光催化剂。硬模板法也常被用来合成多孔TiO₂材料，常用的硬模板有胶体碳球、介孔二氧化硅和介孔碳等。用此方法制得的多孔材料，形貌尺寸可控，大大提高了催化剂的比表面积。公开号为CN 1040010489A的中国专利申请公开了一种高光催化活性花状多孔TiO₂纳米材料的制备方法，其以尿素为模板剂，方法简单，但是其带隙宽度较小，尺寸和形貌不易控制。Zhang等（Journal of Materials Chemistry, 2010.11(20): 2206-2212）以介孔二氧化硅KIT-6为硬模板，成功制备了高结晶度的介孔TiO₂光催化剂，该催化剂呈现了优异的光解水性能。虽然模板法制备多孔TiO₂的理论比较成熟，成功的例子也非常多。但是从模板的来源，成孔状态，以及催化剂强度和活性等方面考虑，仍存在不足，工业化难度较大。

公开号为CN 101032684A的中国专利申请公开了一种采用无模板法技术制备大孔/介孔TiO₂的方法，但所得材料的比表面积低、孔容小，对光催化活性的提高有限。鉴于此，研究出一种新型多孔结构、形貌尺寸可控，并且合成方法简单，从而解决TiO₂的缺陷，也是本发明的价值所在。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新型的多孔钛基光催化材料的制备方法，采用反相乳液聚合法制备大小均一的β-CD微球为模板剂，制备多孔钛基光催化材料，制备工艺简单、操作方便，环保清洁。所述方法制备得到的多孔钛基光催化材料成孔率高，比表面积大（70~90 m²/g），可添加其他组分构成复合催化材料，光催化降解活性高，用于对染料废水罗丹明B的降解效果大于95%。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种多孔钛基催化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1） 称取β-CD置于带有机械搅拌的三口烧瓶中，加入一定质量分数的NaOH溶液并超声匀相搅拌；

（2）在30 ℃、恒速搅拌下，缓慢滴加适量的环氧氯丙烷，使反应进行一定时间；

（3）在高速搅拌下，加入适量含有乳化剂（司班-80：吐温-20=3:1）的油相，10 min后降低搅拌速度，使体系升至70 ℃，继续搅拌反应7 h；

（4）反应结束后，静置，倾去上层油相，将微球产物抽滤洗涤，除去各种杂质。置于通风橱内于室温下晾干，然后用真空干燥箱于50 ℃下干燥至恒重，即得β-CD微球球状颗粒。干燥后用研钵研磨，过筛，储存备用。

（5）将β-CD微球分散于乙醇-水的混合溶剂中，搅拌，并调节其pH为酸性；