[发明专利]一种熔盐法制备偏钛酸钠-四钛酸钾复合催化材料的方法

说明书

本发明涉及一种以混合硝酸盐为助溶剂的熔盐法制备偏钛酸钠‑四钛酸钾复合催化材料的方法，属于材料制备技术领域。本发明以钛酸四丁酯为原料，水热法制得TiO₂材料前驱体，再加入混合硝酸盐作为助溶剂，通过硝酸盐熔盐法制备偏钛酸钠‑四钛酸钾复合催化材料。该方法具有制备条件简便可控、设备和工艺简单、产量大、成本低等优点。所获得的产物为6‑13微米长，约200纳米左右宽的纳米带，在光催化降解污染物和光催化制氢等方面有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种熔融法制备偏钛酸钠-四钛酸钾复合催化材料的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

钛酸盐是目前发现的光催化活性较高的一类半导体层状金属化合物，因拥有良好的抗光腐蚀性和高活性等优点，引起广泛研究关注。层状钛酸盐的层板骨架是由八面体TiO₆以共边或共角的方式彼此连接，铺展形成带负电荷的二维层状氧化物，带负电荷的层板之间含有碱金属阳离子。而碱金属阳离子具有层间离子交换性能、优异的吸附性能和较高的化学活性。此外层状结构在离子交换时能保持良好的稳定性，可以吸附有害的重金属离子，以此来达到净化水质的作用。目前，钛酸盐有许多制备方法也得到广泛研究，主要有熔融法、助溶剂法、烧结法、KDC(Kneading Drying Calcination)法和水热法。

熔融法是以二氧化钛和碳酸盐作为原料，并其按比例混合均匀，置于1200～1500℃的高温下进行熔融，然后进行冷却结晶，最后制备出钛酸盐晶须。用此方法可以得到纯度较高的单晶，产物结晶性好，但是收率较低，且反应温度较高。Shen等报道了通过熔融法对钛酸钾纳米线的制备，采用TiO₂和K₂CO₃为原料，以物质的量比3：1混合在一起研磨均匀，再于1000℃下进行焙烧2小时，最后制备出钛酸钾纳米纤维。

助熔剂法是以二氧化钛和碳酸盐为原料，将相应钨酸盐或钼酸盐作为助熔剂与原料混合，于900～1300℃的高温下进行熔融，从而形成过饱和熔融液，并从中析出结晶，得到钛酸盐纳米带。此法收率高，结晶性好，但助熔剂和分离费用高，成本较高。

烧结法是将二氧化钛和碳酸盐作为原料，将其混合均匀后置于600～1200℃的高温下进行固相反应，最后制备出钛酸盐纳米带。该法成本低，工艺简单，操作方便，且最后制备的钛酸盐收率高，适合工业化生产，但存在反应温度过高、生产周期长、能耗大，制得产物高结晶性不好等缺点。此外，也有一些改良方法，如急冷烧结结晶法，该法是以二氧化钛和碳酸盐为原料，混合均匀之后置于900～1200℃的温度下进行固相反应，然后样品在空气中进行急剧冷却，最后经热处理制备出钛酸盐晶须。但这种方法需要两次高温处理，能耗较高，生产成本较高。而KDC法也属于改良的烧结法，该法是通过将二氧化钛和碳酸盐作为原料并用水混合成浆，干燥后于1000～1100℃的温度下进行反应，制备出钛酸盐晶须。用这种方法制备的产物结晶性较好，但工艺比较复杂。Alnano等将P25作为原料，置于17M的KOH溶液于110℃下进行水热反应。水热之后的产物分别用CH₃COOH的水溶液和去离子水进行洗涤，再于400～700℃下进行焙烧，最后制备出钛酸钾纳米线。

水热法是将金属氢氧化物和碳酸盐作为原料，在高压下将水溶液与二氧化钛进行水热反应，最后制备出钛酸盐纳米晶须。此法收率高，可获取径长比较大的晶须，但需要对温度、碱度、反应时间等参数进行严格控制，并且成本高，有危险性。Gier和Salzberg于600～700℃、500～4000atm条件下制备出六钛酸钾晶须。Toshitaka等采用水合二氧化钛作为原料，于390℃、150～200atm条件下，以金属Zn作为脱水剂，制备出六钛酸钾晶须。

以上方法都需要在高温条件下进行样品的制备，本发明采用熔盐法，以熔点较低的硝酸盐取代碳酸盐降低了煅烧温度，制备了钛酸盐材料。此外，通过不同形貌钛酸盐的复合，提高了钛酸盐光催化性能。

发明内容