一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，特別涉及一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦是一種重要的無機半導(dǎo)體材料，可以廣泛的應(yīng)用于光學(xué)、電學(xué)、催化等領(lǐng)域。但普通的二氧化鈦材料比表面積較低，反應(yīng)空間有限，從而限制了其性能的發(fā)揮。即便是納米級的二氧化鈦，由于其易團聚，難分散，往往難以達到理想的效果。與此同時，有序的介孔二氧化硅材料以其較大的比表面積和孔體積正越來越受到人們的研究與關(guān)注。通過二氧化鈦與介孔二氧化硅材料相結(jié)合，制備納米二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合材料是一種行之有效的方法。
[0003]中國專利CN104602666A公開了一種“涂覆有二氧化鈦的介孔二氧化硅復(fù)合粉體及其制造方法”，采用介孔二氧化硅浸潤二氧化鈦前體的方法制備了二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合粉體；中國專利CN101371980B公開了一種“介孔二氧化硅修飾二氧化鈦高高活性光催化劑的合成方法”，采用溶膠法制備了一種以二氧化鈦為載體的二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合材料；中國專利CNl 03691415A公開了一種“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、制備方法及應(yīng)用”，采用正硅酸四乙酯與鈦酸正丁酯先后水解的方法制備了一種二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合物；中國專利CN104925816A公開了 “一種二氧化鈦改性棒狀二氧化硅殼材料及其制備方法”，采用改性介孔二氧化硅前體制備模板劑，進一步通過鈦酸四丁酯水解制備二氧化鈦-二氧化硅復(fù)合材料。以上制備方法都是通過鈦酸酯原料的水解制備二氧化鈦材料，成本較高;并且制備過程復(fù)雜，限制了其產(chǎn)業(yè)化的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有材料性能的不足，通過納米二氧化鈦在介孔二氧化硅材料的表面和內(nèi)部的沉積，達到增大納米二氧化鈦反應(yīng)空間，提高其反應(yīng)活性的目的。本發(fā)明直接采用商業(yè)化的納米二氧化鈦材料，只需要一步水解即制備了高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料。該方法操作簡便，成本較低，便于產(chǎn)業(yè)化的推廣與生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:制備方法包括以下步驟:
(1)將模板劑、酸堿調(diào)節(jié)劑與去離子水中混溶，混合溶液中各成分質(zhì)量比為模板劑:酸堿調(diào)節(jié)劑:去離子水=1?10:1-50: 1000 ；
(2)將納米二氧化鈦與步驟(I)溶液混溶，質(zhì)量比卜100:10000，在水溶液中，經(jīng)過充分攪拌，納米二氧化鈦可以充分分散，進而可以均勻地分散到高比表面積材料上；
(3 )將有機硅源與步驟(2 )溶液混溶，質(zhì)量比I?10: 1000，升溫至60?90°C，反應(yīng)I?1小時；
(4)將步驟(3)反應(yīng)后的產(chǎn)物固液分離、洗滌、干燥后，在400?600°C下焙燒4?10小時。空氣中高溫?zé)Y(jié)，可以保證模板劑充分氧化分解成氣體，保證二氧化硅顆粒充分的孔道結(jié)構(gòu)、比表面積和暴露的納米二氧化鈦數(shù)量。
[0006]制備過程中所選用的模板劑為表面活性劑，優(yōu)選CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)、P123(E020P070E020)、F127(E0106P070E0106)。
[0007 ]制備過程中選用酸堿調(diào)節(jié)劑來調(diào)整反應(yīng)體系的pH值，優(yōu)選氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、硫酸、乙酸。
[0008]制備過程中所選用的有機硅源可以水解為二氧化硅，優(yōu)選的是正硅酸四乙酯。
[0009]高比表面積材料為介孔二氧化硅，各種形貌的介孔二氧化硅材料均可作為P25的負載體用來制備高分散性納米二氧化硅復(fù)合材料，其中優(yōu)選MCM41、SBAl 5、SBA16。二氧化硅介孔材料技術(shù)成熟，成本低廉，比表面積大，與鈦相容性好，是納米二氧化鈦的最佳載體。
[0010]納米二氧化鈦顆粒直徑小于lOOnm，優(yōu)選直徑為25nm(P25)。直徑25nm的納米二氧化鈦是商業(yè)化產(chǎn)品，價格便宜，性能優(yōu)異，可以大批量使用。
[0011]納米二氧化鈦材料沉積于高比表面積材料的表面和內(nèi)部，其比表面積2300m2/g。
[0012]通過實驗證實，P25沉積于介孔二氧化硅材料的表面和內(nèi)部，并不會改變介孔二氧化硅材料的結(jié)構(gòu)特性。納米二氧化鈦以介孔二氧化硅材料為基體，獲得了足夠大的反應(yīng)空間，這對提高其反應(yīng)和催化活性具有重要的意義。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:制備方法簡便，原料便宜，便于推廣為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為原料P25的N2吸附-解吸曲線。
[0016]圖2為對比例I制備的介孔二氧化硅N2吸附-解吸曲線。
[0017]圖3為本發(fā)明實施實例I制備的復(fù)合材料N2吸附-解吸曲線。
[0018]圖4為本發(fā)明實施實例I制備的復(fù)合材料SEM圖。
[0019]圖5為本發(fā)明實施實例3制備復(fù)合材料BET曲線。
[0020]圖6為本發(fā)明實施實例4制備復(fù)合材料BET曲線。
【具體實施方式】
[0021]對比例I
在100ml燒杯中，加入500ml去離子水，lgCTAB，攪拌完全溶解。加入1ml氨水，攪拌混合均勻。緩慢滴加5ml正硅酸四乙酯，升溫至80°C，反應(yīng)2h。將反應(yīng)物取出，抽濾洗滌三次，將濾餅移至磁舟中，90°C干燥12hο將產(chǎn)物放置于馬弗爐中，550°C焙燒6h，得到MCM-41產(chǎn)品。
[0022]通過BET測試，其比表面積為995.864m2/g。
[0023]實施實例I
在100ml燒杯中，加入500ml去離子水，1.5gCTAB，攪拌完全溶解。加入1ml氨水，0.5g納米二氧化鈦(P25)，攪拌混合均勻。緩慢滴加5ml正硅酸四乙酯，升溫至80°C，反應(yīng)2h。將反應(yīng)物取出，抽濾洗滌三次，將濾餅移至磁舟中，90°C干燥12h。將產(chǎn)物放置于馬弗爐中，550°C焙燒6h，得到MCM-41/P25產(chǎn)品。
[0024]按照本實例所得復(fù)合材料，其BET測試比表面積達到543.715m2/g。
[0025]實施實例2
在500ml燒杯中，加入200ml去離子水，0.7gCTAB，攪拌完全溶解。加入5ml 2mo 1/L的NaOH溶液，0.5g納米二氧化鈦(P25)，攪拌混合均勻。緩慢滴加5ml正硅酸四乙酯，升溫至800C，反應(yīng)Ih。將反應(yīng)物取出，離心洗滌三次，將產(chǎn)品移至磁舟中，90°C干燥12hο將產(chǎn)物放置于馬弗爐中，550°C焙燒6h，得到MCM-41/P25產(chǎn)品。
[0026]按照本實例所得復(fù)合材料，其BET測試比表面積達到871.210m2/g。
[0027]實施實例3
在500ml燒杯中，加入30ml去離子水，120ml 2mol/L的鹽酸，5g P123，攪拌完全溶解。加入0.5g納米二氧化鈦(P25)，攪拌混合均勻。緩慢滴加5ml正硅酸四乙酯，升溫至60°C反應(yīng)5h。將反應(yīng)物取出離心洗滌三次，將產(chǎn)品移至磁舟中，90°C干燥12h。將產(chǎn)物放置于馬弗爐中，550°C焙燒6h，得到SBA-15/P25產(chǎn)品。
[0028]按照本實例所得復(fù)合材料，其BET測試比表面積達到607.267m2/g。
[0029]實施實例4
在250ml燒杯中，加入50ml水，25ml 2mol/L的乙酸，IgFl27，攪拌完全溶解。加入0.5g納米二氧化鈦(P25)，攪拌混合均勻。緩慢滴加5ml正硅酸四乙酯，升溫至60°C反應(yīng)10h。將反應(yīng)物取出離心洗滌三次，將產(chǎn)品移至磁舟中，90°C干燥12hο將產(chǎn)物放置于馬弗爐中，400°C焙燒10h，得到SBA-16/P25產(chǎn)品。
[0030]按照本實例所得復(fù)合材料，其BET測試比表面積達到590.798m2/g。
【主權(quán)項】
1.一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:制備方法包括以下步驟: (1)將模板劑、酸堿調(diào)節(jié)劑與去離子水中混溶，混合溶液中各成分質(zhì)量比為模板劑:酸堿調(diào)節(jié)劑:去離子水=1?10:1-50: 1000 ； (2)將納米二氧化鈦與步驟(I)溶液混溶，質(zhì)量比I?100:10000，在水溶液中，經(jīng)過充分攪拌，使納米二氧化鈦均勻地分散到高比表面積材料上； (3)將有機硅源與步驟(2)溶液混溶，質(zhì)量比I?10:1000，升溫至60?90°C，反應(yīng)I?10小時； (4)將步驟(3)反應(yīng)后的產(chǎn)物固液分離、洗滌、干燥后，在400?600°C下焙燒4?10小時。2.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:制備過程中所選用的模板劑為表面活性劑，優(yōu)選CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)、P123(E020P070E020)、F127(E0106P070E0106)。3.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:制備過程中選用酸堿調(diào)節(jié)劑來調(diào)整反應(yīng)體系的PH值，優(yōu)選氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鹽酸、硫酸、乙酸。4.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:制備過程中所選用的有機硅源可以水解為二氧化硅，優(yōu)選的是正硅酸四乙酯。5.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:高比表面積材料為介孔二氧化硅，各種形貌的介孔二氧化硅材料均可作為P25的負載體用來制備高分散性納米二氧化硅復(fù)合材料，其中優(yōu)選MCM41、SBAl 5、SBA16。6.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:納米二氧化鈦顆粒直徑小于10011111，優(yōu)選直徑為2511111(?25)07.如權(quán)利要求1所述的一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:納米二氧化鈦材料沉積于高比表面積材料的表面和內(nèi)部，其比表面積之300m2/g。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分散性納米二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。本發(fā)明通過將納米二氧化鈦沉積在高比表面積材料上，得到納米二氧化鈦復(fù)合材料，以提高納米二氧化鈦的性能。納米二氧化鈦是一種重要的無機半導(dǎo)體材料，本發(fā)明制備方法簡便，原料便宜，便于推廣為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】B01J35/10, B01J21/06, B01J29/03
【公開號】CN105536850
【申請?zhí)枴緾N201610050734
【發(fā)明人】王超武, 趙成龍, 李麗, 王瑛, 王龍, 于文倩, 陳建偉, 張慶朋
【申請人】山東玉皇新能源科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月26日