CN104925860A - 一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法,所述方法包括:将钛酸四丁酯溶于无水乙醇溶液中得到混合溶液,将其在室温下搅拌;随后加入模板剂,并在30-60℃搅拌下使模板剂完全溶解;然后在快速搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中;充分搅拌后,用浓盐酸调节pH值为3~5,再搅拌1-3h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;将得到的溶胶在常温下静置7~12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1~2天,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;在将其在300~700℃下煅烧并保温2~6h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在60~100℃下烘干,即可得到介孔TiO2。本发明制备的介孔TiO2具有较高的比表面积、孔体积,且制备的介孔TiO2为锐钛矿型,具有良好的催化效果。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,具体涉及一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法。
背景技术
近年来的大量研究表明,材料的性能不仅取决于其组成和晶体结构,同时与其微观结构及颗粒形貌等密切相关。TiO2介孔材料具有大的比表面积及孔体积、孔道结构规则、孔径均一可调、提高其催化性能等优点使其成为热门的催化材料。
TiO2介孔材料通常以表面活性剂作为模板,通过模板的协同作用或分子自组装方式形成稳定的分子聚集体,然后通过煅烧、萃取等方法除去模板剂,形成孔道结构规则有序、孔径分布窄的介孔材料。
目前,介孔TiO2的制备方法主要有溶胶凝胶法、水热法、超声法等,且上述方法大都借助模板剂合成,即通过有机物和无机物之间的界面作用组装,高温煅烧去除模板剂后得到介孔TiO2。用于制备介孔TiO2的模板剂常见的有:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、嵌段共聚物(P123)、长链胺、磷酸烷基酯和聚乙二醇(PEG)等。这些方法存在一些问题如下:
(1)制备工艺复杂,影响反应的因素增加使得合成难控制。
(2)制备介孔TiO2的方法孔道分布不规则,孔道尺寸不可控。
发明内容
发明目的:为解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法,所制备的介孔TiO2具有大比表面积及孔体积,孔道分布规则,克服传统纳米TiO2比表面积小,孔道分布不规则、催化活性低等缺点,具有良好的光催化性能。
技术方案:为实现上述技术目的,本发明提供一种溶胶-凝胶法制备介孔TiO2的方法,包括以下步骤:
(1)将钛酸四丁酯和无水乙醇混合配制成混合溶液,将所述混合溶液在室温下搅拌;
(2)向搅拌后的混合溶液中加入模板剂,并在30~60℃搅拌下使模板剂完全溶解;
(3)在搅拌条件下将蒸馏水以5~10ml/min的速率滴入步骤(2)得到的溶液中使其完全水解;
(4)调节步骤(3)得到的溶液的pH值为3~5,再搅拌1~3h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将步骤(4)得到的溶胶在常温下静置7~12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥,将干燥后得到的样品在玛瑙研钵研磨后过筛100目;
(6)将步骤(5)过筛后的样品在300~700℃下煅烧并保温2~6h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在60~100℃下烘干,即可得到介孔TiO2。通过控制煅烧温度控制介孔TiO2的晶态结构、孔道结构和模板剂去除程度。
优选地,步骤(1)中,钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1∶(10~20);
步骤(1)中,所述混合溶液通过磁力搅拌器进行搅拌,搅拌时间为30~90min。
步骤(2)中,所述模板剂的用量为每10mL的钛酸四丁酯加入1~6g模板剂。模板剂的用量直接影响着介孔二氧化钛的孔结构、孔径尺寸及比表面积大小,从而影响了催化剂的光催化性能。
步骤(3)中,加入的蒸馏水的体积与钛酸四丁酯的体积比为(1~10)∶10。
优选地,步骤(4)中,用浓度为37%的盐酸调节pH。
步骤(5)中,恒温干燥的温度为60~100℃,干燥1~2天。
有益效果:与现有技术相比,本发明制备的介孔TiO2具有较高的比表面积、孔体积,且制备的介孔TiO2为锐钛矿型,具有较好的光催化性能。
附图说明
图1为500℃煅烧3h后得到的介孔TiO2的SEM图,其中,B图为A图的进一步放大图;
图2为400℃、450℃、500℃、550℃煅烧4h后得到的介孔TiO2的XRD图;
图3为500℃煅烧4h制备的介孔TiO2与商用P25可见光催化降解二甲酚橙对比图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例详细说明本发明。
实施例1 介孔TiO2的制备。
(1)钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1∶10配制成混合溶液,将其放置在磁力搅拌器上并在室温下搅拌30min;
(2)随后加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(每10mL的钛酸四丁酯加入2gCTAB),并在50℃搅拌下使CTAB完全溶解;
(3)接着在搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中,蒸馏水加入量与钛酸四丁酯的体积比为2∶10;
(4)充分搅拌后,用37%的盐酸调节pH值为3,再搅拌2h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将得到的溶胶在常温下静置8h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1天,干燥温度设置为80℃,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;
(6)在将其分别在400℃下煅烧并保温3h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在80℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
实施例2 介孔TiO2的制备。
(1)钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1∶12配制成混合溶液,将其放置在磁力搅拌器上并在室温下搅拌35min;
(2)随后加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(每10mL的钛酸四丁酯加入2.4g CTAB),并在50℃搅拌下使CTAB完全溶解;
(3)接着在搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中,蒸馏水加入量与钛酸四丁酯的体积比为2∶10;
(4)充分搅拌后,用37%的盐酸调节pH值为3,再搅拌2h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将得到的溶胶在常温下静置8h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1天,干燥温度设置为80℃,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;
(6)在将其分别在400℃下煅烧并保温3h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在80℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
实施例3 介孔TiO2的制备。
本实施方案具体包括以下步骤:
(1)钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1∶10配制成混合溶液,将其放置在磁力搅拌器上并在室温下搅拌60min;
(2)随后加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(每10mL的钛酸四丁酯加入2.5g CTAB),并在60℃搅拌下使CTAB完全溶解;
(3)接着在搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中,蒸馏水加入量与钛酸四丁酯的体积比为4∶10;
(4)充分搅拌后,用37%的盐酸调节pH值为4,再搅拌2h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将得到的溶胶在常温下静置12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1天,干燥温度设置为80℃,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;
(6)在将其分别在550℃下煅烧并保温3h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在80℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
实施例4 介孔TiO2的制备。
本实施方案具体包括以下步骤:
(1)钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1∶14配制成混合溶液,将其放置在磁力搅拌器上并在室温下搅拌60min;
(2)随后加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(每10mL的钛酸四丁酯加入3gCTAB),并在60℃搅拌下使CTAB完全溶解;
(3)接着在搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中,蒸馏水加入量与钛酸四丁酯的体积比为1∶2;
(4)充分搅拌后,用37%的盐酸调节PH值为4,再搅拌2h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将得到的溶胶在常温下静置12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1天,干燥温度设置为80℃,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;
(6)在将其分别在500℃下煅烧并保温3h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在80℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
实施例5 介孔TiO2的制备。
本实施方案具体包括以下步骤:
(1)钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1∶16配制成混合溶液,将其放置在磁力搅拌器上并在室温下搅拌60min;
(2)随后加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(每10mL的钛酸四丁酯加入3gCTAB),并在60℃搅拌下使CTAB完全溶解;
(3)接着在搅拌的条件下将蒸馏水缓慢滴入溶液中,蒸馏水加入量与钛酸四丁酯的体积比为1∶2;
(4)充分搅拌后,用37%的盐酸调节PH值为4,再搅拌2h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将得到的溶胶在常温下静置12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥1天,干燥温度设置为80℃,将样品在玛瑙研钵研磨后过筛;
(6)在将其分别在450℃下煅烧并保温3h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在80℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
图1为500℃煅烧3h后得到的介孔TiO2的SEM图。从图1(A)可以看出,介孔TiO2表面孔分布均匀,孔的形状规则,大致呈圆形,孔隙结构发达,孔径约为1μm~2μm。图1(B)为进一步放大的介孔TiO2的SEM图,可以看出,介孔TiO2表面平整,内部孔隙光滑,呈蜂窝状结构。
图2中a、b、c、d分别在400℃、450℃、500℃、550℃时煅烧4h得到的介孔TiO2的XRD图谱。400℃~500℃温度区间,各试样都出现了明显的衍射峰,说明此温度区间制备的样品均形成了TiO2晶体,且三者均呈现锐钛矿型结构,未出现金红石型TiO2的衍射峰。且随着煅烧温度的升高,介孔TiO2的衍射峰逐渐增强,表明样品的晶化程度随着煅烧温度的升高逐渐增加。对比图c、d,可以明显的看出,550℃煅烧制备的介孔TiO2中开始出现金红石型(101)衍射峰,且金红石型TiO2的衍射峰较低,表明其含量不高。同时,该图谱说明550℃煅烧条件下,介孔TiO2中的锐钛矿型开始向金红石型转化。
图3为0.1g 500℃煅烧4h制备的介孔TiO2与0.1g商用P25分别在可见光条件下催化降解90mL 10mg/L的二甲酚橙溶液90mL对比图。介孔TiO2在前80min内随光照时间的延长,其光催化降解二甲酚橙溶液的速率曲线较为陡峭,并且二甲酚橙溶液在前140min内被完全降解。而Degussa P25光催化材料光催化降解二甲酚橙溶液在前80min内的降解率仅为9.92%,在140min内二甲酚橙溶液的降解率为14.8%。从实验的结果可以看出,介孔TiO2与Degussa P25光催化材料相比,其光催化活性得到了很大幅度的提高。
Claims (8)
1.一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将钛酸四丁酯和无水乙醇混合配制成混合溶液,将所述混合溶液在室温下搅拌;
(2)向搅拌后的混合溶液中加入模板剂,并在30~60℃搅拌下使模板剂完全溶解;
(3)在搅拌条件下将蒸馏水以5~10ml/min的速率滴入步骤(2)得到的溶液中使其完全水解;
(4)调节步骤(3)得到的溶液的pH值为3~5,再搅拌1~3h后得到淡黄色透明、均匀的溶胶;
(5)将步骤(4)得到的溶胶在常温下静置7~12h使其凝胶化,然后放入恒温干燥箱干燥,将干燥后得到的样品在玛瑙研钵研磨后过筛100目;
(6)将步骤(5)过筛后的样品在300~700℃下煅烧并保温2~6h脱除模板剂,冷却后取出,用无水乙醇洗至中性,最后在60~100℃下烘干,即可得到介孔TiO2。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1∶(10~20)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述混合溶液通过磁力搅拌器进行搅拌,搅拌时间为30~90min。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述模板剂的用量为每10mL的钛酸四丁酯加入1~6g模板剂。
5.根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于,所述的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵或嵌段共聚物P123。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,加入的蒸馏水的体积与钛酸四丁酯的体积比为(1~10)∶10。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)中,用浓度为37%的盐酸调节pH。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中,恒温干燥的温度为60~100℃,干燥1~2天。
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CN (1) | CN104925860A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106070322A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种用混合相二氧化钛抗菌的方法 |
CN106179441A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-07 | 陕西科技大学 | 一种氮化碳‑碳掺杂介孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
CN108841254A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-20 | 佛山腾鲤新能源科技有限公司 | 一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法 |
CN110079187A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-02 | 沈阳化工大学 | 一种水性双重除甲醛涂料的制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1821085A (zh) * | 2006-03-03 | 2006-08-23 | 厦门大学 | 纳米介孔二氧化钛的低温制备方法 |
CN102502810A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 南京林业大学 | 一种多孔纳米TiO2的制备方法 |
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2015
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1821085A (zh) * | 2006-03-03 | 2006-08-23 | 厦门大学 | 纳米介孔二氧化钛的低温制备方法 |
CN102502810A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 南京林业大学 | 一种多孔纳米TiO2的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
YUBAO ZHAO ET AL.: ""Uniform Mesoporous Anatase−Brookite Biphase TiO2 Hollow Spheres with High Crystallinity via Ostwald Ripening"", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》 * |
YUBAO ZHAO ET AL.: ""Uniform Mesoporous Anatase−Brookite Biphase TiO2 Hollow Spheres with High Crystallinity via Ostwald Ripening"", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》, vol. 117, 9 October 2013 (2013-10-09), pages 21718 - 21723 * |
卫贤贤等: ""有机模板剂对合成纳米TiO2结构影响规律的研究"", 《材料导报B:研究篇》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106070322A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种用混合相二氧化钛抗菌的方法 |
CN106070322B (zh) * | 2016-06-24 | 2018-08-24 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种用混合相二氧化钛抗菌的方法 |
CN106179441A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-07 | 陕西科技大学 | 一种氮化碳‑碳掺杂介孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
CN106179441B (zh) * | 2016-07-01 | 2018-11-23 | 陕西科技大学 | 一种氮化碳-碳掺杂介孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
CN108841254A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-20 | 佛山腾鲤新能源科技有限公司 | 一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法 |
CN110079187A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-02 | 沈阳化工大学 | 一种水性双重除甲醛涂料的制备方法 |
CN110079187B (zh) * | 2019-04-08 | 2021-08-06 | 沈阳化工大学 | 一种水性双重除甲醛涂料的制备方法 |
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