[发明专利]一种金属离子原位改性二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气净化材料领域，具体涉及光催化剂材料，尤其是一种金属离子原位改性二氧化钛的制备方法。

背景技术

TiO₂作为最早发现的光催化材料，具有无毒、催化活性（降解净化及水分解制氢）高、氧化能力强、稳定性好、成本低、环境友好等特性，是最有可能实用化的光催化材料，随着纳米技术的飞速发展，纳米二氧化钛的制备、改性及其应用成为空气净化领域的研究热点。然而，由于TiO₂较宽的禁带宽度（3.2 eV）决定了其只能在紫外光下发挥光催化活性，对太阳光的利用率太低；另一方面，纳米二氧化钛极易发生团聚，这些都大大限制了其应用。

为了提高二氧化钛的光催化性能，离子掺杂是目前较为常用的改性方法，通过掺杂可在表面引入缺陷位置或改变结晶度，从而影响电子与空穴的复合或拓展光的吸收波段，从而提高二氧化钛的光催化活性。目前，二氧化钛及改性二氧化钛的制备方法较多，如醇盐水解法、水热制备法、溶胶凝胶法、化学沉淀法和固相法等，其中，溶胶凝胶法制备简单，操作便利、条件易控等，是常用的制备方法。然而，目前的制备方法存在以下的问题，如有机溶剂及试剂应用广泛、危害较大，掺杂率低，掺杂均匀性差、分散性差等，成为二氧化钛制备方法技术领域亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决金属掺杂二氧化钛制备过程复杂、有机溶剂危害性大、掺杂率低，掺杂均匀性差、分散性差的技术问题，本发明提供一种金属离子原位改性二氧化钛的制备方法，通过以水溶性钛源在碱性环境下制备溶胶态二氧化钛体系，进一步综合控制反应条件、在水解形成二氧化钛过程中巧妙选择时机加入适量的过渡金属或贵金属离子水溶液溶，从而对溶胶态二氧化钛进行原位改性，制得掺杂均匀、分散性好的金属离子改性的二氧化钛纳米颗粒，实现了简单操作、绿色反应，且大大提高了材料的光催化性能。

本发明采用的技术方案是：一种金属离子原位改性二氧化钛的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）常温搅拌下向水中加入钛源、弱碱溶液，其中，钛源、水、弱碱溶液的质量比为1：10-100：1-50，搅拌均匀即得溶胶态二氧化钛体系；

（2）调节pH值至6~8，搅拌下向溶胶态二氧化钛体系中加入金属离子水溶液，控制金属离子与二氧化钛质量比为0.00001~0.01：1，20-100℃下搅拌反应0.5-5h，得金属离子改性的二氧化钛水溶液。

优选的，所述搅拌的速度350-500r/min。

所述加入钛源及加入金属离子水溶液均为逐滴加入。

所述金属离子水溶液浓度为0.5-1wt.%。

所述金属离子水溶液包括但不限于过渡金属或贵金属Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Au、Ag、Pt、Pd水溶液的一种或两种以上。

所述钛源选自硫酸氧钛、四氯化钛、三氯化钛、四氟化钛或烷基氧钛中的一种或两种以上。

所述弱碱溶液为质量浓度2.5%的氨水。

所述溶胶态二氧化钛体系和/或金属离子改性的二氧化钛水溶液借助离心或过滤，再将沉淀或滤饼以1-5倍体积的水重悬均匀进一步纯化。

优选的，所述制备方法为：

（1）常温搅拌下向400-600g水中加入10g钛源、100-130mL 2.5wt.%的氨水溶液，搅拌均匀即得溶胶态二氧化钛体系；

（2）将溶胶态二氧化钛体系过滤或以8000-10000r/min离心8-15min，所得沉淀固体以80-100ml水震荡重悬并超声15-30s，控制pH值为6~8，加入0.8-1wt.%金属离子水溶液，控制金属离子与二氧化钛质量比为0.0001~0.0003：1，20-40℃下搅拌3-4h，得金属离子改性的二氧化钛水溶液。