[发明专利]一种有序介孔TiO2

说明书

本发明属无机膜材料技术领域，具体为一种有序介孔TiO₂‑SiO₂纳米复合膜及其制备方法。本发明采用联合、协同调控溶胶的酸度、成膜过程中周围环境温度、相对湿度、有机溶剂挥发速率等因素，使无机物前驱体分子及其低聚物与模板剂分子在溶剂挥发过程中于载体表面同步自组装，形成有序排列的有机–无机杂化的介观结构凝胶膜；再经无机物前驱体水解、交联、聚合，凝胶膜的烘干、焙烧去除模板剂、高温孔壁晶化等过程，制得有序介孔TiO₂‑SiO₂纳米复合膜。本发明方法可重复，合成条件可控。制备的复合膜介孔结构有序度高，热稳定性高，膜厚在一定范围内可控，在室温及紫外光照射下、于液相中，膜降解藻毒素的性能显著。

技术领域

本发明属无机膜材料技术领域，具体涉及一种有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜及其制备方法；这种膜在室温与紫外光照射下，可快速、高效去除水中的藻毒素等污染物。

背景技术

有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜，因其具有可调的孔径、Ti/Si比、可变的孔道结构、高比表面积，更重要的是具有高的光稳定性（高的抗光腐蚀性能）、热稳定性、无毒、廉价、相对高的活性以及双功能性，在光催化、催化、光电转化、传感等领域具有广泛的潜在应用价值。因此，一直倍受关注与研究。在有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜制备过程中，溶胶的酸度、成膜过程中周围环境的温度、相对湿度、以及溶剂挥发速率等因素对其形成影响很大。酸度在溶胶的制备、载体表面溶胶液膜的制备、溶剂挥发到凝胶膜形成的整个过程中均有很大影响。温度对溶剂挥发的速率和模板剂的自组装的影响最为显著。相对湿度的高低主要影响TiO₂、SiO₂前驱体的水解、交联与聚合。载体表面的溶胶液膜通常很薄，有些甚至极薄，有机溶剂的挥发一般采用自然挥发，因此模板剂通常来不及组装成有序的介观结构，溶剂则早已挥发完，所以很难制备出有序的介孔膜，且重复性很差。通过联合、协同调控上述影响因素，特别是调控载体表面溶胶液膜中溶剂的挥发速率，可重复制备出有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜。目前这种膜材料以及这项技术均尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种孔道排列有序度高、热稳定性好、比表面积大的有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜及其制备方法。

本发明采用联合、协同调控溶胶的酸度、成膜过程中周围环境温度、相对湿度、有机溶剂挥发速率等因素，使无机物前驱体分子及其低聚物与模板剂分子在溶剂挥发过程中于载体表面同步自组装，形成有序排列的有机–无机杂化的介观结构凝胶膜；再经无机物前驱体水解、交联、聚合，凝胶膜的烘干、焙烧去除模板剂、高温孔壁晶化等过程，制得有序介孔TiO₂-SiO₂纳米复合膜。其空间群结构为两维六方结构（p6m）、三维六方结构（P6₃/mmc）、三维立方结构（Pm3n, Im3m, Ia3d）；孔径范围为1~20 nm, BET比表面积为50~600 m²/g；膜厚度为20 nm~10 μm；热稳定性高于900℃，最高可达1100℃。膜层中二氧化钛为纳米晶粒，二氧化硅为无定型纳米颗粒；二氧化钛纳米晶粒与二氧化硅纳米颗粒相互连接、相间共存，形成一种非常独特的介孔膜骨架结构。这种膜在室温与紫外光照射下，能快速、高效去除水中的藻毒素等污染物。

本发明中，上述有序介孔材料为TiO₂和SiO₂两种组份组成的复合膜，晶相为锐钛矿或锐钛矿与金红石的混合相。