一种掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料及其制备方法

摘要

本发明公开一种掺铈的二氧化钛/炭复合气凝胶材料及制备方法和应用，所述掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料由未形成晶体的铈、无定型炭和锐钛矿型二氧化钛组成，按质量比计算，其中无定型炭：锐钛矿型二氧化钛：未形成晶体的铈为1：0.3：0.001-0.005。其制备方法，即以四氯化钛为前驱体，硝酸铈为掺杂剂，无水乙醇为溶剂，间苯二酚和糠醛为有机相的前驱物，环氧丙烷为网络凝胶的诱导剂，乙酰乙酸乙酯为络合剂，通过一步溶胶-凝胶法制得的具有介孔结构的掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料，该掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料用于可见光或紫外光催化降解有机染料。

主权项

一种掺铈的二氧化钛/炭复合气凝胶材料的制备方法，所述的掺铈的二氧化钛/炭复合气凝胶材料由未形成晶体的铈、无定型炭和锐钛矿型二氧化钛组成，按质量比计算，其中无定型炭：锐钛矿型二氧化钛：未形成晶体的铈为1：0.3：0.001‑0.005；其特征在于，以四氯化钛为前驱体，硝酸铈为掺杂剂，无水乙醇为溶剂，间苯二酚和糠醛为有机相的前驱物，环氧丙烷为网络凝胶的诱导剂，乙酰乙酸乙酯为络合剂，通过一步溶胶‑凝胶法制得的具有介孔结构的掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料，具体包括如下步骤：(1)溶胶的制备将四氯化钛溶液滴入由无水乙醇和乙酰乙酸乙酯组成的混合溶液中，在冰浴状态下控制滴加速率为0.5‑1mL/s滴加环氧丙烷，然后加入掺杂剂硝酸铈，充分溶解后得溶液A；将间苯二酚加入搅拌中的由无水乙醇和糠醛组成的混合溶液中，搅拌，充分溶解后得溶液B；在冰浴状态和搅拌下将溶液B控制滴加速率为0.5‑1mL/s加入到溶液A中，继续搅拌15min后得到溶胶；上述的溶胶中所用的硝酸铈占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷和乙酰乙酸乙酯的总质量分数的0.04‑0.16%；所用的四氯化钛占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷和乙酰乙酸乙酯的总质量分数的9.02%；所用的环氧丙烷的量按四氯化钛与环氧丙烷的摩尔比，即四氯化钛：环氧丙烷为6：1；所用的糠醛和间苯二酚的质量占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷、和乙酰乙酸乙酯的总质量百分比为10%，且糠醛与间苯二酚的摩尔比，即糠醛：间苯二酚为2：1；所用的乙酰乙酸乙酯的量按四氯化钛与乙酰乙酸乙酯的摩尔比计算，即乙酰乙酸乙酯：四氯化钛为0.6:1；(2)溶胶的老化将步骤（1）所得的溶胶在70℃的水浴锅中，进行老化5‑7天得到凝胶；(3)溶剂交换用环氧丙烷浸泡步骤（2）老化后的凝胶5‑10天，置换出其中的水和氯离子后，得到掺铈的二氧化钛/有机杂化湿凝胶；(4)超临界干燥对步骤（3）所得到的掺铈的二氧化钛/有机杂化湿凝胶在高压釜中，以正己烷为干燥介质，控制压力6MPa、温度240℃下进行超临界干燥1h后进行泄压，泄压过程控制在将高压釜内压力从6MPa下降为0MPa所需时间为1‑2h，得到掺铈的二氧化钛/有机杂化气凝胶；(5)炭化对步骤（4）所得的掺铈的二氧化钛/有机杂化气凝胶在炭化炉中，氮气氛围下控制升温速率为2℃/min，将温度升至800℃下炭化3h，最终得到掺铈的二氧化钛/炭杂化气凝胶材料。