高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物、制備方法及其應(yīng)用。以非離子表面活性劑F127或者P123為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，鈦酸正丙酯為鈦源，通過模板劑和無機(jī)物之間的自組裝，然后經(jīng)過高溫水熱處理即可得到初產(chǎn)物，再經(jīng)過高溫焙燒即可得到孔道開放、高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物材料。該材料具有高的結(jié)晶度（典型的銳鈦礦晶型），規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)，大的比表面積和孔容。在紫外光條件下具有優(yōu)異的光催化性能，可以將水中的有機(jī)污染物如羅丹明B快速降解，同時(shí)材料保持了較好的穩(wěn)定性和再生性能。該材料的發(fā)明對于工業(yè)上開發(fā)新型、高效的光催化材料具有重要的研究意義。
【專利說明】高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物理化學(xué)，材料科學(xué)的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]自從M41S被MobiI科學(xué)家成功制備以來，規(guī)則介孔材料在材料科學(xué)研究領(lǐng)域受到了越來越廣泛的關(guān)注，介孔材料以其大的比表面積，規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，均一且可調(diào)變的孔徑尺寸和豐富的骨架組成等特點(diǎn)使得其在催化劑和催化劑載體、吸附、分離、藥物緩釋等領(lǐng)域得到了廣泛的研究。然而，目前報(bào)道的最多的是氧化硅骨架的規(guī)則介孔材料，而該骨架結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出無定形結(jié)構(gòu)，這使得該材料的水熱穩(wěn)定性很差，大大限制其廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
[0003]為了拓展介孔材料的骨架組成，最近幾年，非硅骨架的介孔材料如介孔炭，介孔聚合物，介孔金屬氧化物和介孔金屬等被相繼合成出來，其中，晶體孔壁的介孔金屬氧化物材料以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的催化性能展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，主要原因在于:高度晶化的孔壁結(jié)構(gòu)大大提高了介孔材料的水熱穩(wěn)定性和耐熱性，和優(yōu)異的催化性能，同時(shí)與介孔金屬相比，其合成方法比較簡單，成本低廉。因此，它可以作為一類優(yōu)良的催化氧化、加氫催化劑和高效的催化劑載體。然而，結(jié)晶介孔金屬氧化物制備過程中最大的問題在于較低的水熱處理溫度(IOO0C )所導(dǎo)致的無定形的孔壁結(jié)構(gòu)，經(jīng)過高溫焙燒除去模板劑的過程中雖然可以大大促進(jìn)孔壁結(jié)構(gòu)的晶化，但該過程往往會(huì)造成孔壁大量塌陷，比表面積和孔容下降，該現(xiàn)象的發(fā)生直接影響到材料的結(jié)構(gòu)和催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開一種大比表面積，規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異光催化性能的結(jié)晶二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物及其制備方法和用途，該材料的合成克服了傳統(tǒng)低溫水熱條件下制備介孔金屬氧化物系列材料所導(dǎo)致的無定型的孔壁結(jié)構(gòu)，同時(shí)在高溫焙燒晶化的過程中所導(dǎo)致的孔壁坍塌，規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)遭到破壞的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一目的，本發(fā)明提供一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物的制備方法，包括如下步驟:a.選擇非離子表面活性劑P123或F127非離子嵌段共聚物為模板劑，水為溶劑，將模板劑在水中溶解，加入鹽酸，使鹽酸的濃度達(dá)到0.5-1.0moI/L以調(diào)節(jié)體系的pH值，加入正硅酸乙酯，45°C下反應(yīng)6小時(shí)，再加入鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)，通過模板劑和無機(jī)物質(zhì)之間的電荷相互作用實(shí)現(xiàn)自組裝，形成基本的介孔結(jié)構(gòu)，其中，溶劑的質(zhì)量與反應(yīng)物的質(zhì)量比為10-50，模板劑與無機(jī)前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.4-2.5，硅和鈦的摩爾比為0.5-3.0。b.將組裝好的固體沉淀經(jīng)過140-220°C條件下水熱處理24小時(shí)以實(shí)現(xiàn)骨架的晶化。c.將上述得到的材料的初產(chǎn)物在乙醇-鹽酸體積比為5-7的混合溶劑中回流或空氣條件下550-1000°C高溫焙燒5_10小時(shí)以脫除模板劑，得到高結(jié)晶度、孔道開放、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物。[0006]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，步驟b中的溫度為180°C。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明還提供一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物，氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物為銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)，具有規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)和高度晶化的孔壁，比表面積為50-225m2/g，孔徑為10_20nm，孔容為0.1-0.23cm3/g。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明還提供一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物作為光催化劑的應(yīng)用。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明還提供一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物用于光催化降解污水中有機(jī)染料的應(yīng)用。
[0010]綜上所述，本發(fā)明使用高溫水熱合成技術(shù)來制備高度晶化、規(guī)則介孔的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物材料，高溫水熱處理過程大大提高了材料的穩(wěn)定性和促進(jìn)骨架上二氧化鈦物質(zhì)的高度晶化，因而在后續(xù)焙燒脫除模板劑的過程中穩(wěn)定且高度晶化的金屬氧化物孔壁也不會(huì)發(fā)生塌陷的現(xiàn)象。本發(fā)明的合成主要通過酸性條件下非離子表面活性劑P123或F127與正硅酸乙酯和鈦酸正丙酯發(fā)生自組裝來實(shí)現(xiàn)規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，再經(jīng)過溶膠-凝膠過程，高溫水熱晶化和空氣條件下焙燒脫除模板劑即可實(shí)現(xiàn)高度晶化，規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物的制備。通過該方法制備的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物具有大的比表面積，豐富的介孔結(jié)構(gòu)，可調(diào)變的催化活性中心含量和高度晶化的孔壁結(jié)構(gòu)，大的比表面積和孔容有利于底物的快速擴(kuò)散，降低反應(yīng)過程中的內(nèi)傳質(zhì)阻力，增加活性中心與反應(yīng)物的接觸幾率，上述特點(diǎn)使得其在光催化降解水中有機(jī)染料的反應(yīng)中表現(xiàn)出了特別優(yōu)異的催化性能。
[0011]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的小角XRD譜圖。
[0013]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的廣角XRD譜圖。
[0014]圖3A所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的氮?dú)馕降葴鼐€。
[0015]圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的孔徑分布曲線。
[0016]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的透射電子顯微鏡照片。
[0017]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的固體紫外漫反射光譜圖。
[0018]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物在紫外光條件下的光催化性能曲線。
【具體實(shí)施方式】[0019]本發(fā)明選擇P123或F127為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，鈦酸正丙酯為鈦源，酸性條件下實(shí)現(xiàn)無機(jī)物質(zhì)與模板劑之間的自組裝，水熱處理溫度范圍為140-220°C，硅源的加入主要使得二氧化鈦在高溫晶化的過程中保持規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)過進(jìn)一步的高溫焙燒(550-1000°C ) 5-10小時(shí)脫除模板劑即可得到孔道開放的結(jié)晶二氧化鈦-二氧化硅規(guī)則介孔材料。最佳合成溫度為180°C，該溫度條件下二氧化鈦晶化完全，同時(shí)保持較好的介孔結(jié)構(gòu)。
[0020]產(chǎn)物的比表面積為50-225m2/g，孔徑分布在10_20nm之間，孔容范圍在
0.10-0.23cm3/g，硅鈦比在0.5-3.0范圍內(nèi)可調(diào)，模板劑與無機(jī)物質(zhì)的質(zhì)量比在0.4-2.5范圍內(nèi)可調(diào)變。合成過程中可以通過調(diào)變模板劑來調(diào)節(jié)材料的孔結(jié)構(gòu)，改變反應(yīng)過程中鈦酸正丙酯的含量來調(diào)變材料的活性中心含量。具體而言，材料的孔結(jié)構(gòu)可以根據(jù)模板劑的結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)，比表面積和孔容受到模板劑和鈦含量的影響較大。隨著材料中鈦含量的增加，材料的比表面積、孔容相應(yīng)下降，但材料的結(jié)晶度和水熱穩(wěn)定性不斷增加，隨著模板劑分子量的增加，材料的孔徑逐漸增大。
[0021]下面列舉實(shí)例，說明本發(fā)明中高度晶化、規(guī)則介孔的二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料的合成方法。
[0022]實(shí)施例1:以F127為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物(0M代表規(guī)則介孔，SiO2為氧化硅，TiO2為二氧化鈦)。
[0023]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，180°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于600°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料，材料的比表面積為100m2/g，孔容0.15cm3/g，孔徑為15納米。
[0024]實(shí)施例2:以P123為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物。
[0025]1.2g P123加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，180°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于600°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。
[0026]實(shí)施例3:以F127為模板劑，220°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物。
[0027]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，220°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于800°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。
[0028]實(shí)施例4:以F127為模板劑，140°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物。
[0029]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，140°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于550°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。材料的比表面積為100m2/g,孔容0.19cm3/g，孔徑為12納米。
[0030]實(shí)施例5:以F127為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物，調(diào)變硅鈦比。
[0031]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入0.6毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入5.0克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，140°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于550°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。材料的比表面積為50m2/g,孔容0.lcm3/g，孔徑為20納米。
[0032]實(shí)施例6:以F127為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物，調(diào)變硅鈦比。
[0033]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入2.25毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入2.8克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，140°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于550°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。材料的比表面積為225m2/g,孔容0.23cm3/g，孔徑為20納米。
[0034]實(shí)施例7:以F127為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物，調(diào)變焙燒溫度。
[0035]l.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，140°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于1000°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。
[0036]實(shí)施例8:以F127為模板劑，180°C來合成OM-SiO2-TiO2納米復(fù)合物，調(diào)變模板劑含量。
[0037]2.0g F127加入38g水中溶解，然后加入1.6毫升濃鹽酸，完全溶解后加入1.15毫升正硅酸乙酯，45°C反應(yīng)6小時(shí)以后加入4.2克鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)后得到凝膠狀溶液，將該反應(yīng)混合物裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，140°C水熱處理24小時(shí)，取出反應(yīng)釜，冷卻，抽濾，洗滌，干燥即可得到初產(chǎn)物，初產(chǎn)物具有很高的結(jié)晶度。將初產(chǎn)物于600°C空氣條件下焙燒，即可得到孔道開放，規(guī)則的介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物材料。
[0038]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的小角XRD譜圖。從圖1中可以看出，在2 Θ =0.9左右材料具有明顯的衍射峰，說明本發(fā)明制備的復(fù)合材料具有一定規(guī)則性的介孔結(jié)構(gòu)。
[0039]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的廣角XRD譜圖。從圖2中可以看出，該材料表現(xiàn)出了較高的結(jié)晶度，一系列的衍射峰表面，骨架中的二氧化鈦具有很高的結(jié)晶度、對應(yīng)明顯的銳鈦礦型晶型結(jié)構(gòu)，高度晶化的骨架大大提高了材料的穩(wěn)定性和催化性能。
[0040]圖3A所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的氮?dú)馕降葴鼐€。圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的孔徑分布曲線。從圖3A和圖3B中可以看出，吸附等溫線在比壓區(qū)P/P(l=0.7-0.9之間具有明顯的突越現(xiàn)象，說明該材料具有明顯的介孔結(jié)構(gòu)，材料的比表面積可以達(dá)到230m2/g?？讖椒植记€可以看出該材料具有非常均勻的孔徑結(jié)構(gòu)，其孔徑分布主要集中在10-20納米之間。
[0041]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的透射電子顯微鏡照片。從圖4中可以看出，該材料具有豐富而且規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于催化反應(yīng)過程中反應(yīng)物與底物的擴(kuò)散和傳輸，提高反應(yīng)物與活性中心的接觸，進(jìn)而提高材料的催化性能。
[0042]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的固體紫外漫反射光譜圖。從圖5中可以看出，該材料具有明顯的紫外光響應(yīng)特性，在波長范圍270-400nm范圍內(nèi)具有明顯的吸收峰，主要原因在于該材料中二氧化鈦獨(dú)特的禁帶寬度對于紫外光的吸收，該特點(diǎn)對于其在紫外光區(qū)域的光催化活性具有重要的作用。
[0043]催化反應(yīng):
[0044]取50毫克本發(fā)明的二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物加入50毫升40ppm的RhB水溶液中，然后使用PLS-SXE300300W氙燈(波長<420nm)照射反應(yīng)混合物，反應(yīng)過程中溫度保持在30°C，每隔一段時(shí)間，取樣分析，使用Nanodrop2000對水溶液中殘留的RhB濃度進(jìn)行分析，評價(jià)材料的光催化性能。
[0045]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物在紫外光條件下的光催化性能曲線。暗室攪拌條件下，水中染料羅丹明B (RhB)的濃度略有下降，主要原因在于水中染料被該材料部分吸附所致，將反應(yīng)混合體系暴露于紫外燈下照射后發(fā)現(xiàn)，水中染料的濃度快速下降，光照60分鐘左右，幾乎所有的染料都被催化降解，說明了該材料具有特別優(yōu)異的光催化性能，這對于該材料在染料污水處理中的廣泛應(yīng)用具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。
[0046]通過光催化測試，該材料對于催化降解水中有機(jī)染料RhB顯示了非常優(yōu)異的催化性能優(yōu)異的催化性能，其主要原因在于材料大的比表面積，豐富的介孔結(jié)構(gòu)，可調(diào)變的催化活性中心(二氧化鈦)含量和高度晶化的孔壁結(jié)構(gòu)，大的比表面積和孔容有利于底物的快速擴(kuò)散，降低反應(yīng)過程中的內(nèi)傳質(zhì)阻力，使得反應(yīng)物與二氧化鈦活性中心快速接觸。
[0047]綜上所述，本發(fā)明制備的高度晶化、規(guī)則介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物克服了傳統(tǒng)方法制備結(jié)晶介孔金屬氧化物所導(dǎo)致的比表面積低，孔結(jié)構(gòu)塌陷的缺點(diǎn)，拓展了介孔結(jié)晶金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明利用高溫水熱合成技術(shù)一步實(shí)現(xiàn)具有高結(jié)晶度，高縮合度的規(guī)則介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的制備，二氧化硅的引入對于有效保持材料規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)具有重要的作用，而高溫水熱技術(shù)大大促進(jìn)了材料中二氧化鈦的晶化，提高了其焙燒過程中的穩(wěn)定性，材料具有豐富、均一的介孔結(jié)構(gòu)，大的比表面積，最大比表面積可達(dá)到225m2/g。本發(fā)明制備的材料骨架中二氧化鈦具有很高的結(jié)晶度，為典型的銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)，規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)該材料對紫外光具有明顯的響應(yīng)。通過光催化測試，發(fā)現(xiàn)該材料對于催化降解水中有機(jī)染料RhB顯示了非常優(yōu)異的催化性能，同時(shí)材料保持了較好的穩(wěn)定性和再生性能，對于其在光催化處理環(huán)境污染物領(lǐng)域廣泛的工業(yè)應(yīng)用具有重要的研究意義。本發(fā)明開辟了高溫水熱技術(shù)制備規(guī)則、結(jié)晶介孔金屬氧化物納米復(fù)合物的新方法，對功能化結(jié)晶介孔金屬氧化物廣泛的工業(yè)應(yīng)用具有重要的價(jià)值。
[0048]另外，本發(fā)明的高度晶化、規(guī)則介孔二氧化硅-二氧化鈦納米復(fù)合物的鈦的摩爾含量在25-66.7%范圍內(nèi)可調(diào)變，鈦含量的變化影響材料的比表面積，孔結(jié)構(gòu)和催化性能。
[0049]雖然本發(fā)明已由較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟知此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所要求保護(hù)的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a.選擇非離子表面活性劑P123或F127非離子嵌段共聚物為模板劑，水為溶劑，將模板劑在水中溶解，加入鹽酸，使鹽酸的濃度達(dá)到0.5-1.0moI/L以調(diào)節(jié)體系的pH值，加入正硅酸乙酯，45°C下反應(yīng)6小時(shí)，再加入鈦酸正丙酯，繼續(xù)反應(yīng)24小時(shí)，通過模板劑和無機(jī)物質(zhì)之間的電荷相互作用實(shí)現(xiàn)自組裝，形成基本的介孔結(jié)構(gòu)，其中，溶劑的質(zhì)量與反應(yīng)物的質(zhì)量比為10-50，模板劑與無機(jī)前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.4-2.5，硅和鈦的摩爾比為0.5-3.0 ； b.將組裝好的固體沉淀經(jīng)過140-220°C條件下水熱處理24小時(shí)以實(shí)現(xiàn)骨架的晶化； c.將上述得到的材料的初產(chǎn)物在乙醇-鹽酸體積比為5-7的混合溶劑中回流或空氣條件下550-1000°C高溫焙燒5-10小時(shí)以脫除模板劑，得到高結(jié)晶度、孔道開放、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦-二氧化硅納米復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物的制備方法，其特征在于，步驟b中的溫度為180°C。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法制備的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物，其特征在于，所述氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物為銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)，具有規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)和高度晶化的孔壁，比表面積為50-225m2/g，孔徑為10_20nm，孔容為0.1-0.23cm3/g。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物作為光催化劑的應(yīng)用。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的高結(jié)晶度、規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的氧化硅-氧化鈦納米復(fù)合物用于光催化降解污水中有機(jī)染料的應(yīng)用。
【文檔編號】C02F1/32GK103691415SQ201310702832
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】劉福建, 孔維萍, 劉華, 王換換 申請人:紹興文理學(xué)院