本發明專利技術公開了一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的制備方法，即將單分散聚苯乙烯微球乳液、二氧化鈦溶膠和雜多酸溶液形成的三元組分混合液，在一定溫度下恒溫蒸發自組裝形成三元有序材料，經焙燒除去模板劑形成在三維有序二氧化鈦材料上負載有雜多酸的一種復合光催化劑。該復合光催化劑中，二氧化鈦具有銳鈦礦相，并具有大孔/介孔雙孔道結構，其大孔和介孔的平均孔徑為220～336nm和3～6nm，比表面積為240～350m2/g。該復合光催化劑的孔徑尺寸，可由模版劑聚苯乙烯的微球尺寸得以調控，并有利于光催化過程的催化劑回收重復使用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬復合光催化劑的制備領域，特別是涉及以三維有序大孔二氧化鈦為載體的雜多酸復合光催化劑的制備技術。
技術介紹
納米二氧化鈦是一種性能良好的光催化劑，因其化學穩定性好、氧化活性高，對人體無毒，應用范圍廣而受到人們的廣泛關注。但是，二氧化鈦(銳鈦礦型)的禁帶寬度為3.2eV，作為光催化劑，二氧化鈦要在紫外光的激發下才能顯示出光催化活性，且由于二氧化鈦的光生電子與空穴的復合率高，使其量子效率很低。雖然減小光催化劑的粒徑可以提高比表面積，由此，出現了不少以介孔二氧化鈦為光催化劑的專利報道。但是，當二氧化鈦粒子過細時，在光催化過程中，二氧化鈦以粉末形式懸浮于溶液中，粉末易產生聚集、流失從而使其分離和再回收存在一定困難。有效抑制二氧化鈦光催化劑的光生電子-空穴對的復合過程，提高量子產率，是納米二氧化鈦光催化劑提高光催化效率的一個重要方向，將二氧化鈦與其他氧化物半導體進行復合改性，可以將激發過程產生的電子-空穴對有效分離，提高光催化效率。雜多酸與半導體金屬氧化物具有其以相似的組成結構和光化學特性，其在光催化降解和礦化水及空氣中有機污染物的環保領域發揮了重要作用。將二氧化鈦和雜多酸結合起來制備光催化齊U，可以充分發揮兩者的優勢。產生明顯的協同光催化作用。在納米二氧化鈦光催化劑研究領域，已經發現二氧化鈦的晶型和孔徑、比表面積等參數對光催化性能有重要影響。銳鈦礦型高比表面積的介孔二氧化鈦被認為是高效光催化劑。但是，這一結論正在受到挑戰。三維有序大孔材料(3D0M)jB3D0MSi02、3D0MTi02材料，大孔與大孔之間通過孔窗連接，構成開放的三維大孔網絡結構，且材料中存在介孔結構，是一種具有大孔/介孔的雙孔有序材料。以三維有序大孔二氧化鈦/雜多酸為光催化劑的研究正在被得到重視。但是，目前制備技術多采用自然沉積法或垂直沉積法，前法制備效率較低，后法不能用于批量制備，且制備的膜材料由于無法避免的裂紋產生使膜材料失去真正的意義。
技術實現思路
本專利技術針對目前納米二氧化鈦光催化劑量子產率不高的缺陷，介孔納米二氧化鈦光催化劑在使用中再回收困難的缺點，以及大孔二氧化鈦/雜多酸光催化劑制備復雜且不能批量制備的不足，專利技術一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。本專利技術的技術方案本專利技術的一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑，是以單分散聚苯乙烯微球為模版，將聚苯乙烯微球乳液-二氧化鈦溶膠-雜多酸溶液形成的三元混合組分，經蒸發自組裝得到三元共沉積產品，該三元共沉積產品經高溫焙燒脫出聚苯乙烯模版以后，得到三維有序的二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。本專利技術的如下(I)在單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球乳液中，加入二氧化鈦溶膠和雜多酸的混合液，超聲振蕩混合，得到三元組分混合液；(2)把上述得到的三元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40 80°C條件下，恒溫蒸發4 8h，得到三元共沉積固體；(3)將上述三元共沉積固體在450 550°C下，焙燒2 4h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。本專利技術所述的聚苯乙烯微球是用分散聚合法，或乳液聚合法，或無皂乳液聚合法制備的分散系數為O. 0030，粒徑在210 550nm之間的均勻微球。本專利技術所述的二氧化鈦溶膠是納米二氧化鈦粉體的穩定水分散液，二氧化鈦平均粒徑10 20nm，含量20 25wt %。本專利技術所述的三元組分混合液的體積組成比為聚苯乙烯乳液二氧化鈦溶膠雜多酸水溶液=30 : 3 :1 10。其中，雜多酸是磷鎢酸、硅鎢酸、鍺鎢酸中的一種。聚苯乙烯乳液的固含量為7. 0%，溶劑是等體積的乙醇-水。雜多酸濃度為O. 20g/mL的水溶液。本專利技術的一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑，是在三維有序大孔二氧化鈦材料上負載有雜多酸的復合光催化劑。該復合光催化劑中，二氧化鈦具有銳鈦礦相，并具有大孔/介孔雙孔道結構，其大孔和介孔的平均孔徑為220 336nm和3 6nm，比表面積為240 350m2/g。本專利技術的有益效果本專利技術的一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑，充分結合二氧化鈦和雜多酸的光催化特性，大大提高了光催化劑的量子利用效率；該復合光催化劑的孔徑尺寸，可由模版劑聚苯乙烯的微球尺寸得以調控，有利于制備得到孔尺寸與光波數量級相當的光催化劑，有利于可見光的光催化；該復合光催化劑存在的大孔/介孔的雙孔結構，有利于不同尺寸的污染物的光降解；該復合光催化劑不僅具有較豐富的孔結構，而且具有較高的比表面積，同時還具有比介孔材料更合適的密度，有利于光催化過程的催化劑回收重復使用。附圖說明圖1是二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的掃描電鏡照片。從照片中可以清晰的看出，該復合光催化劑呈三維有序規整排列，孔徑分布均一約為230nm，與模版劑聚苯乙烯粒徑相比，略有收縮，孔道與孔道之間通過小窗互相貫通。形成開放的三維有序網絡結構。圖2是二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的孔結構分析。在N2吸附-脫附曲線圖中可以看出存在典型的第四類吸附曲線，即材料中存在介孔結構。孔徑分析結果是孔徑峰值出現在3 5nm。表明二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑具有三維有序的特點，整體骨架為交聯的大孔結構，且孔壁中含有一定量的介孔空隙。圖3是二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的X-射線衍射圖。為比較方便，圖中同時列出了二氧化鈦和磷鎢酸的X-射線衍射峰，從圖可以看出，二氧化鈦呈銳鈦礦相，并出現磷鎢酸的特征衍射峰。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本專利技術上述主題的范圍僅限于下述實施例。實施例1:在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑250nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑12nm)和3mL磷鎢酸的混合液，超聲振蕩混合，得到三元組分混合液；把上述得到的三元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40°C條件下，恒溫蒸發5h，得到三元共沉積固體；將上述三元共沉積固體在480°C，焙燒3h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。圖1是該二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的掃描電鏡照片。實施例2 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑340nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑16nm)和6mL硅鎢酸的混合液，超聲振蕩混合，得到三元組分混合液；把上述得到的三元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度60°C條件下，恒溫蒸發5h，得到三元共沉積固體；將上述三元共沉積固體在500°C下，焙燒4h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。圖2是二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的孔結構分析。實施例3 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑430nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑20nm)和SmL磷鎢酸的混合液，超聲振蕩混合，得到三元組分混合液；把上述得到的三元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度60°C條件下，恒溫蒸發6h，得到三元共沉積固體；將上述三元共沉積固體在520°C下，焙燒3h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。圖3是二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的X-射線圖。實施例4 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑540nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑15nm)和6mL鍺鎢酸的混合液，超聲振蕩混合本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑的制備方法，其特征在于制備方法如下：(1)在單分散(分散系數0.0030)的聚苯乙烯微球乳液中，加入二氧化鈦溶膠和雜多酸的混合液，超聲振蕩混合，得到三元組分混合液；(2)把上述得到的三元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40～80℃條件下，恒溫蒸發4～8h，得到三元共沉積固體；(3)將上述三元共沉積固體在450～550℃下，焙燒2～4h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉士榮，張紅武，倪忠斌，毛明富，陳明清，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：
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