本發(fā)明涉及一種磷摻雜二氧化鈦溶膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

二氧化鈦是目前最有前景的光催化劑，它具有強氧化性，可降解絕大部分的污染物質(zhì)。當能量大于或等于能隙的光照射到半導體時，半導體微粒吸收自然光，產(chǎn)生電子-空穴對。光致空穴和光致電子具有強氧化性和強還原性，將吸附在二氧化鈦表面的H₂O、O₂等物質(zhì)氧化還原成具有強氧化性和強還原性的自由基，進而氧化還原有機污染物質(zhì)，從而達到降解污染物的目的。

目前，已知納米二氧化鈦有銳鈦礦、金紅石、板鈦礦三種晶型，銳鈦礦和金紅石屬于四方晶系，板鈦礦屬正方晶系。納米二氧化鈦化學性能穩(wěn)定，常溫下幾乎不與其他化合物反應(yīng)，不溶于水、稀酸，微溶于堿和熱硝酸，不與空氣中CO₂、SO₂、O₂等反應(yīng)，具有生物惰性。納米二氧化鈦具有熱穩(wěn)定性，無毒性。

納米二氧化鈦的粒徑小、比表面積大、表面活性中心多、催化效率高，且對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，因此被廣泛地應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域。在有光照的情況下，納米二氧化鈦具有強的氧化性和超親水性，可用于空氣的凈化、污水的處理、太陽能的利用、抗菌、殺毒及自清潔等領(lǐng)域，具有很好的實際應(yīng)用價值。但是二氧化鈦光催化劑本身存在兩個缺陷，其一是可見光的吸收波長需在385nm以下、二氧化鈦吸收光波長過短；其二是納米二氧化鈦量子產(chǎn)率低，這兩個缺陷大大地限制了二氧化鈦光催化劑的應(yīng)用范圍，使二氧化鈦不能充分得到利用。同時，現(xiàn)有技術(shù)所制得的二氧化鈦光催化效果也不太理想，特別是對羅丹明B降解效果與降解速度均不太理想，因此，對二氧化鈦進行改性，解決上述技術(shù)問題是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明第一目的在于提供一種磷摻雜二氧化鈦溶膠。

本發(fā)明另一目的在于提供上述磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施實現(xiàn)的：

一種磷摻雜二氧化鈦溶膠，其特征在于：所述磷摻雜二氧化鈦溶膠結(jié)構(gòu)組成為銳鈦礦型二氧化鈦以及少量無定形二氧化鈦，在制備過程中是以磷酸為摻雜原料加入。該溶膠比表面積較大、光催化效率較高，且對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，制備二氧化鈦溶膠長期保持穩(wěn)定和良好的光催化效果，利于后續(xù)二氧化鈦的應(yīng)用。

一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，它是按如下步驟制得的：

1.在0℃的低溫條件下，將四氯化鈦加入到無水乙醇和去離子水組成的混合溶劑中，并攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為300～1000r/min，得到混合溶液；

2.在混合溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至中性(pH＝7)，得到白色沉淀；

3.將白色沉淀離心、并用去離子水洗滌，直至未含有氯離子；

4.取步驟3中洗滌后的白色沉淀，加入雙氧水和蒸餾水進行攪拌解膠，待解膠至溶液澄清透明為止，再加入磷酸，置于溫度為70～100℃下冷凝回流1～4h，得到透明淺黃色磷摻雜二氧化鈦溶膠。

本發(fā)明解膠是指由大顆粒的凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變成小顆粒的溶膠狀態(tài)的過程。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟1中所述四氯化鈦、乙醇、去離子水的體積比為1～5：3～5：3～30。

進一步，一種二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟1中所述無水乙醇的質(zhì)量濃度為99.7％。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟2中所述氨水的質(zhì)量濃度為25％～28％。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟2中所述氨水加入量與無機鈦鹽需滿足體積比為3～12:1～3。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟4中所述雙氧水的質(zhì)量濃度為30％。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟4中所述雙氧水和蒸餾水的加入量與無機鈦鹽的體積比為8～12：100～150：1～5。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟4中所述磷酸的質(zhì)量分數(shù)為85％。

進一步，一種磷摻雜二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，步驟4中所述磷酸和四氯化鈦的摩爾比為1～10：100～200。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明一種磷摻雜二氧化鈦溶膠產(chǎn)品粒徑小，比表面積大，3小時內(nèi)本品對羅丹明B的降解效率高達99.9％，催化效果優(yōu)異，熱穩(wěn)定性好，無毒性，在不添加其他任何試劑的情況下能保持長期的穩(wěn)定與透明，本發(fā)明一種磷摻雜二氧化鈦溶膠使二氧化鈦禁帶之間形成雜質(zhì)能級，擴大二氧化鈦的應(yīng)用范圍；原料成本低廉易得，生產(chǎn)成本低，制備方法易于重現(xiàn)，生產(chǎn)過程安全可靠，環(huán)境友好，解膠時間短，生產(chǎn)周期短，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為磷摻雜二氧化鈦對羅丹明B的降解率；

圖2為磷摻雜二氧化鈦的UV-Vis吸收光譜圖；

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，在不背離本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

在0℃條件下，取四氯化鈦1ml加入到無水乙醇與去離子水各3ml混勻的混合液中，并劇烈攪拌，轉(zhuǎn)速400r/min，得到混合溶液；隨后，在混合溶液中滴加質(zhì)量濃度為28％的氨水溶液3.7ml調(diào)節(jié)混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀；將白色沉淀離心、并用去離子水洗滌，直至未含有氯離子；取洗滌后的白色沉淀，加入雙氧水10.2ml和蒸餾水120ml攪拌解膠，攪拌解膠完畢后，加入質(zhì)量分數(shù)為85％的磷酸0.05ml，在90℃的加熱溫度下冷凝回流4h，得到透明淺黃色磷摻雜二氧化鈦溶膠。

試驗1：光催化試驗：

取實施例1所制得的產(chǎn)品進行光催化試驗。取5ml產(chǎn)品加入到100ml羅丹明B溶液(15mg/L),暗處保存3小時，開光(使用光源為鎢燈)，每隔半小時測定降解效率。實驗結(jié)果如圖1所示，由圖可知，3小時后，本品對羅丹明B的降解效率為99.9％。試驗2：穩(wěn)定性試驗：

取實施例1所制得的產(chǎn)品進行穩(wěn)定性試驗。在室內(nèi)條件下放置6個月之后，產(chǎn)品仍舊保持穩(wěn)定和透明，經(jīng)測定，催化效果仍然良好。

實施例2

在0℃條件下，取四氯化鈦1ml加入到無水乙醇與去離子水各5ml混勻的混合液中，并劇烈攪拌，轉(zhuǎn)速900r/min，得到混合溶液；隨后，在混合溶液中滴加質(zhì)量濃度為25％的氨水溶液5.9ml調(diào)節(jié)混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀；將白色沉淀離心、并用去離子水洗滌，直至未含有氯離子；取洗滌后的白色沉淀，加入雙氧水9.7ml和蒸餾水110ml攪拌解膠，攪拌解膠完畢后，加入質(zhì)量分數(shù)為85％的磷酸0.07ml，在80℃的加熱溫度下冷凝回流3h，得到透明淺黃色磷摻雜二氧化鈦溶膠。

取實施例2所制得的產(chǎn)品按實施例1的試驗方法分別進行光催化試驗和穩(wěn)定性試驗，光催化試驗結(jié)果表明本品對羅丹明B的降解效果好，穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明產(chǎn)品穩(wěn)定性好。

實施例3

在0℃條件下，取四氯化鈦1ml加入到無水乙醇與去離子水各4ml混勻的混合液中，并劇烈攪拌，轉(zhuǎn)速700r/min，得到混合溶液；隨后，在混合溶液中滴加質(zhì)量濃度為27％的氨水溶液4.6ml調(diào)節(jié)混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀；將白色沉淀離心、并用去離子水洗滌，直至未含有氯離子；取洗滌后的白色沉淀，加入雙氧水8.6ml和蒸餾水130ml攪拌解膠，攪拌解膠完畢后，加入質(zhì)量分數(shù)為85％的磷酸0.05ml，在100℃的加熱溫度下冷凝回流2h，得到透明淺黃色磷摻雜二氧化鈦溶膠。

取實施例3所制得的產(chǎn)品按實施例1的試驗方法分別進行光催化試驗和穩(wěn)定性試驗，光催化試驗結(jié)果表明本品對羅丹明B的降解效果好，穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明產(chǎn)品穩(wěn)定性好。