技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及一種TiO2粉體，具體來說是一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
光催化氧化技術(shù)是一種綠色、高效、低能耗的水處理技術(shù)，在目前廣泛的光催化劑中，二氧化鈦半導(dǎo)體自被發(fā)現(xiàn)在紫外光照射下具有較高的光催化活性以來，以其無毒、價廉、穩(wěn)定、高效、無二次污染等優(yōu)點一直被廣泛研究、應(yīng)用，其中納米二氧化鈦P25已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，基于TiO2禁帶較寬，對可見光能利用率低等問題，對TiO2核殼材料用作光催化劑的研究越來越多，因為核殼材料相對于單一組分的材料而言，一方面可以與半導(dǎo)體、金屬等物質(zhì)復(fù)合，發(fā)揮各自材料的優(yōu)勢；另一方面核殼材料具有比表面積較大，核與殼之間特殊的異質(zhì)結(jié)能快速傳輸電子或空穴，減小復(fù)合幾率，從而有著更好的催化效果。研究表明Ti02與金屬、半導(dǎo)體復(fù)合或離子摻雜等所得核殼材料都不同程度地提高了其催化性能；與磁性材料復(fù)合時雖然易于分離但是活性不理想；當(dāng)以TiO2為核時，通過控制合成條件可以制備出孔徑不同的TiO2殼層，該類核殼材料可以選擇性地降解有機物。此外，TiO2因具有多相結(jié)構(gòu)，通過控制條件制備TiO2自身組成的核殼材料，也表現(xiàn)出較強的光催化能力。
專利CN103521205A中通過超聲、加熱或微波片使晶態(tài)TiO2材料的懸浮液轉(zhuǎn)換成具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料，雖然具有較好的光催化效果，但該制備方法需要高能，反應(yīng)難以控制。專利CN101857267A以三價鈦鹽和葡萄糖為初始原料，通過熱反應(yīng)再高溫煅燒的方法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的納米TiO2材料，該制備方法操作過程繁瑣，分為兩個階段，耗時長。專利CN102134095A通過激光照射Ti靶的方法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2納米顆粒，該制備方法雖然工藝簡單，但是對原料和設(shè)備的要求較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法，所述的這種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中制備TiO2粉體的工藝復(fù)雜，對設(shè)備要求高，制備出來的TiO2粉體催化效果不佳的技術(shù)問題。
本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
1)稱取TiO2粉體與硼氫化鈉，所述的TiO2粉體與硼氫化鈉質(zhì)量比為（10-20）:1；
2)將硼氫化鈉配制成濃度為5-10mmol/L的溶液；
3)將TiO2粉體與硼氫化鈉溶液在超聲狀態(tài)下混合均勻，并轉(zhuǎn)入一個水熱釜中，在120-140℃下反應(yīng)9-12h，過濾、洗滌、真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
進一步的，上述的一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法，包括如下步驟：
1)稱取TiO2粉體與硼氫化鈉，所述的TiO2粉體與硼氫化鈉質(zhì)量比為10:1；
2) 將硼氫化鈉配制成濃度為5mmol/L的溶液；
3)將TiO2粉體與硼氫化鈉溶液在超聲狀態(tài)下混合均勻，并轉(zhuǎn)入一個水熱釜中，在140℃下反應(yīng)9h，過濾、洗滌、真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
進一步的，上述的一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法，包括如下步驟：
1)稱取TiO2粉體與硼氫化鈉，所述的TiO2粉體與硼氫化鈉質(zhì)量比為15:1；
2)將硼氫化鈉配制成濃度為10mmol/L的溶液；
3)將TiO2粉體與硼氫化鈉溶液在超聲狀態(tài)下混合均勻，并轉(zhuǎn)入一個水熱釜中，在120℃下反應(yīng)12h，過濾、洗滌、真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
進一步的，上述的一種核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的制備方法，包括如下步驟：
1)稱取TiO2粉體與硼氫化鈉，所述的TiO2粉體與硼氫化鈉質(zhì)量比為20:1；
2)將硼氫化鈉配制成濃度為10mmol/L的溶液；
3)將TiO2粉體與硼氫化鈉溶液在超聲狀態(tài)下混合均勻，并轉(zhuǎn)入一個水熱釜中，在140℃下反應(yīng)12h，過濾、洗滌、真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
本發(fā)明制備的核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體，其核為結(jié)晶狀態(tài)的TiO2,殼為無定型的TiO2,具有較好的可見光響應(yīng)性，在可見光下具有較好的光催化降解廢水染料的性能。此類核殼結(jié)構(gòu)的TiO2粉體，能在40min內(nèi)將10mmol/L的亞甲基藍溶液降解完全。本發(fā)明制備方法工藝簡單，粉體粒度均勻，光催化效果較單一結(jié)構(gòu)TiO2更好。
本發(fā)明創(chuàng)新性的提出利用NaBH4的還原作用，經(jīng)過簡單的回流處理，使原來結(jié)晶狀態(tài)的TiO2形成核為結(jié)晶狀態(tài)，殼為無定型狀態(tài)的核殼結(jié)構(gòu)TiO2，核與殼之間特殊的異質(zhì)結(jié)能快速傳輸電子或空穴，減小復(fù)合幾率，從而有著更好的可見光催化效果。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進步是顯著的。本發(fā)明采用加熱回流方法，工藝流程和設(shè)備簡單，反應(yīng)溫和易于控制，通過控制反應(yīng)時間獲得核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體，環(huán)保無污染。按本發(fā)明的方法制備的TiO2粉體為核殼結(jié)構(gòu)，殼層包覆完好，粒度均勻，光催化效果良好。而且本發(fā)明的工藝簡單、操作簡便、無需特殊原料和設(shè)備等特點。本方法制備的核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體具有性能穩(wěn)定、光催化效果優(yōu)良。
附圖說明：
圖1為實施例1制備的核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體TEM圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施實例和有關(guān)圖表對本發(fā)明進行詳細闡述，但本發(fā)明不限于所給實例：
實施例1
（1） 按照TiO2粉體與硼氫化鈉（NaBH4）質(zhì)量比為10:1，分別稱取TiO2粉體與NaBH4；
（2）將（1）中的NaBH4配制成濃度為5mmol/L的溶液；
（3）將（1）中的TiO2粉體與（2）中NaBH4溶液35mL在超聲狀態(tài)下，混合均勻，并轉(zhuǎn)入50mL水熱釜中，在140℃下反應(yīng)9h，過濾、洗滌、80℃真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
本實施例所制備得到的核殼結(jié)構(gòu)TiO2粉體的TEM圖如圖1所示，可以看出粉體顆粒內(nèi)核為規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，外殼為無定形結(jié)構(gòu)。
本實施例所制備得到的核殼結(jié)構(gòu)的TiO2粉體，以質(zhì)量比為0.1g/100mL，可見光下，對10mg/L的亞甲基藍溶液在30min中，即可降解完畢。
實施例２
（1） 按照TiO2粉體與硼氫化鈉（NaBH4）質(zhì)量比為15:1，分別稱取TiO2粉體與NaBH4；
（2）將（1）中的NaBH4配制成濃度為10mmol/L的溶液；
（3）將（1）中的TiO2粉體與（2）中NaBH4溶液35mL在超聲狀態(tài)下，混合均勻，并轉(zhuǎn)入50mL水熱釜中，在120℃下反應(yīng)12h，過濾、洗滌、80℃真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
本實施例所制備得到的核殼結(jié)構(gòu)的TiO2粉體，以質(zhì)量比為0.1g/100mL，可見光下，對10mg/L的亞甲基藍溶液在35min中，即可降解完畢。
實施例3
（1） 按照TiO2粉體與硼氫化鈉（NaBH4）質(zhì)量比為20:1，分別稱取TiO2粉體與NaBH4；
（2）將（1）中的NaBH4配制成濃度為10mmol/L的溶液；
（3）將（1）中的TiO2粉體與（2）中NaBH4溶液35mL在超聲狀態(tài)下，混合均勻，并轉(zhuǎn)入50mL水熱釜中，在140℃下反應(yīng)12h，過濾、洗滌、80℃真空干燥后得到具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO2材料。
本實施例所制備得到的核殼結(jié)構(gòu)的TiO2粉體，以質(zhì)量比為0.1g/100mL，可見光下，對10mg/L的亞甲基藍溶液在40min中，即可降解完畢。