本發(fā)明涉及一種可用于環(huán)境凈化過程的功能材料，為一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法。

背景技術(shù)：
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經(jīng)過將近半個世紀(jì)的研究后，人們對于光催化氧化技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用寄予了厚望，尤其是在技術(shù)水平先進(jìn)的國家已經(jīng)對相關(guān)的應(yīng)用和產(chǎn)品進(jìn)行了深入開發(fā)。目前來說，與光催化技術(shù)和材料有關(guān)的產(chǎn)品多集中在小型的民用產(chǎn)品上，能夠應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的光催化材料是該領(lǐng)域的研究重點。氧化鈦是一種研究最為廣泛和深入的光催化材料，以含鈦化合物為主體的其它材料也在該領(lǐng)域?qū)映霾桓F。這其中，受到研究者重點關(guān)注的鈦酸鹽成為當(dāng)前富有潛力的一類新型光催化材料。這是由于該類材料具有良好的熱穩(wěn)定性和較為適宜的禁帶寬度，可以用于多種用途的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

鈦酸鹽因其陽離子不同而具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和光電化學(xué)性質(zhì)，性質(zhì)的差異突出表現(xiàn)在對激發(fā)光譜吸收范圍的選擇和對不同應(yīng)用過程的適應(yīng)性。有關(guān)以稀土元素作為陽離子的鈦酸鹽材料的研究還比較缺乏，尤其是對于該類材料在工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用方面的探索還急需加強(qiáng)。由于制備鈦酸鹽往往需要經(jīng)過高溫?zé)崽幚磉^程，通常會導(dǎo)致所制備的材料中顆粒團(tuán)聚生長，嚴(yán)重影響其活性和使用特性。并且由于材料中缺少孔隙，對環(huán)境污染物的吸附能力較弱，進(jìn)而導(dǎo)致其光催化活性也受到限制。本專利公開一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，因其獨特的中空管狀結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)越的使用性能和應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅(qū)體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入50~60 mL正己醇、150~200 mL無水乙醇和30~45 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉(zhuǎn)/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫?zé)犭娪绾颓蛐卫淠埽淠懿捎米詠硭疄槔鋮s介質(zhì)；

步驟1.2：調(diào)節(jié)電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入25~30 mL鈦酸異丙醇酯、6.5~7.2 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.3~4.5 mL穩(wěn)定劑TP-8，繼續(xù)加熱回流30 min形成前驅(qū)體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入53~58 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.1~9.2 g硝酸釓、3.5~3.6 g硫酸銨、2.3~2.6 g EDTA二鈉鹽和1.6~1.7 g碳酸氫鈉，繼續(xù)攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值在5~6之間，形成前驅(qū)體溶液2；

步驟1.4：將前驅(qū)體溶液2加入放有前驅(qū)體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅(qū)體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅(qū)體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅(qū)體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內(nèi)，在95 ℃保溫12 h達(dá)到完全干燥；

按次序重復(fù)步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫?zé)Y(jié)

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內(nèi)，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為700~1100 ℃，并保持煅燒溫度3~10 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

所述的磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速均選用為200轉(zhuǎn)/分。

所述中空石英玻璃管的長為50 mm，管內(nèi)徑為10 mm，壁厚為1 mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

通過前驅(qū)體合成、提拉成膜和高溫?zé)Y(jié)過程制備出中空鈦酸釓管狀材料；本發(fā)明選擇石英玻璃管為鈦酸釓的基體材料，能夠保證高溫煅燒條件下材料的穩(wěn)定性，同時石英基體具有良好的紫外光透過率，使得在石英管內(nèi)外壁涂覆的鈦酸釓薄膜都能充分接受光照并保持良好的活性。本發(fā)明合理地調(diào)配了前驅(qū)體溶液配方組成并對合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，可以在石英管壁上制備出結(jié)構(gòu)致密、活性成分均勻的鈦酸釓薄膜。薄膜與石英基體結(jié)合緊密，光譜透過率好，使用壽命長，并具有較高的光催化活性。本發(fā)明制備工藝新穎，可以按照需要調(diào)整鈦酸釓管狀材料的尺寸以滿足廣泛的需要。

具體實施方式：

實施例1

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅(qū)體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入50 mL正己醇、150 mL無水乙醇和30 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉(zhuǎn)/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫?zé)犭娪绾颓蛐卫淠?，冷凝管采用自來水為冷卻介質(zhì)；

步驟1.2：調(diào)節(jié)電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入25 mL鈦酸異丙醇酯、6.5 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.3 mL穩(wěn)定劑TP-8，繼續(xù)加熱回流30 min形成前驅(qū)體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入53 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.1 g硝酸釓、3.5 g硫酸銨、2.3 g EDTA二鈉鹽和1.6 g碳酸氫鈉，繼續(xù)攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值在5~6之間，形成前驅(qū)體溶液2；

步驟1.4：將前驅(qū)體溶液2加入放有前驅(qū)體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅(qū)體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅(qū)體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內(nèi)徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅(qū)體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內(nèi)，在95 ℃保溫12 h達(dá)到完全干燥；

按次序重復(fù)步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫?zé)Y(jié)

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內(nèi)，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為700 ℃，并保持煅燒溫度10 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速可均選用為200轉(zhuǎn)/分。

實施例2

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅(qū)體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入55 mL正己醇、180 mL無水乙醇和35 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉(zhuǎn)/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫?zé)犭娪绾颓蛐卫淠?，冷凝管采用自來水為冷卻介質(zhì)；

步驟1.2：調(diào)節(jié)電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入28 mL鈦酸異丙醇酯、6.9 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、3.9 mL穩(wěn)定劑TP-8，繼續(xù)加熱回流30 min形成前驅(qū)體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入55 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入8.6 g硝酸釓、3.55g硫酸銨、2.4 g EDTA二鈉鹽和1.65 g碳酸氫鈉，繼續(xù)攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值在5~6之間，形成前驅(qū)體溶液2；

步驟1.4：將前驅(qū)體溶液2加入放有前驅(qū)體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅(qū)體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅(qū)體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內(nèi)徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅(qū)體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內(nèi)，在95 ℃保溫12 h達(dá)到完全干燥；

按次序重復(fù)步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫?zé)Y(jié)

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內(nèi)，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為900 ℃，并保持煅燒溫度5 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速可均選用為200轉(zhuǎn)/分。

實施例3

一種制備中空鈦酸釓管狀材料的方法，包括下述工藝步驟：

步驟1：鈦酸釓前驅(qū)體溶液制備

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶中依次加入60 mL正己醇、200 mL無水乙醇和45 mL 對二甲苯，將燒瓶置于恒溫電熱包中。在燒瓶中間接口安裝上置式電動攪拌器，使用聚四氟乙烯材料制成的攪拌桿，攪拌速度200轉(zhuǎn)/分；在其它兩個燒瓶接口分別安裝測溫?zé)犭娪绾颓蛐卫淠?，冷凝管采用自來水為冷卻介質(zhì)；

步驟1.2：調(diào)節(jié)電熱包加熱功率，控制燒瓶中溶液溫度為50 ℃，在此溫度下加熱回流30 min,隨后加入30 mL鈦酸異丙醇酯、7.2 g 雙十八烷基二甲基氯化銨 、4.5 mL穩(wěn)定劑TP-8，繼續(xù)加熱回流30 min形成前驅(qū)體溶液1；

步驟1.3：在200 mL燒杯中加入58 mL去離子水，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，保持水浴溫度為50 ℃。在磁力攪拌下往水中加入9.2 g硝酸釓、3.6 g硫酸銨、2.6 g EDTA二鈉鹽和1.7 g碳酸氫鈉，繼續(xù)攪拌30 min至形成透明溶液，最后加入3~9 mL檸檬酸調(diào)節(jié)溶液pH值在5~6之間，形成前驅(qū)體溶液2；

步驟1.4：將前驅(qū)體溶液2加入放有前驅(qū)體溶液1的燒瓶中，在50 ℃加熱回流30 min，形成透明狀鈦酸釓前驅(qū)體溶液；

步驟2：提拉涂飾和干燥

步驟2.1：將步驟1.4得到的鈦酸釓前驅(qū)體溶液倒入500 mL燒杯中，將中空石英玻璃管（長50 mm，管內(nèi)徑10 mm，壁厚1 mm）垂直浸泡在溶液中30秒鐘，然后緩慢向上提拉至完全離開溶液，在室溫下垂直靜置5分鐘；

步驟2.2：將涂布了鈦酸釓前驅(qū)體溶液的石英管放置于恒溫電熱干燥箱內(nèi)，在95 ℃保溫12 h達(dá)到完全干燥；

按次序重復(fù)步驟2.1到2.2的處理過程4次，備用；

步驟3：高溫?zé)Y(jié)

步驟3.1：將從步驟3得到的涂覆了鈦酸釓的石英管放置于瓷坩堝內(nèi)，放于程控箱式電爐中，從室溫開始以10 ℃/min的升溫速率升至煅燒溫度，所述的煅燒溫度為1100 ℃，并保持煅燒溫度3 h；煅燒后將材料冷卻，即可制得中空鈦酸釓管狀材料。

本實施例中所述的磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速可均選用為200轉(zhuǎn)/分。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。