ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２復合氣凝膠的制備研究

［摘 要］采用溶膠—凝膠方法制備TiO₂/SiO₂復合氣凝膠，利用低表面積的溶劑進行替代、分級陳化和干燥，形成較為完善的網絡結構，使得TiO₂/SiO₂復合氣凝膠能夠非超臨界制備.所制得的復合氣凝膠孔徑20～40nm，比表面積200～400m2/g，孔體積1～2cm3/g。

［關鍵詞］氣凝膠 超臨界 孔徑 晶相

［中圖分類號］TQ ［文獻標識碼］A ［文章編號］1009－5489(2009)02－0100－02

氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結構成多孔網絡結構，并在孔隙中充滿氣態分散介質的一種高分散固態材料。TiO₂/SiO₂復合氣凝膠可用于光催化廢水中的難降解有機物的分解。氣凝膠通常用溶膠—凝膠過程及超臨界干燥過程制備，而超臨界干燥需要高壓設備，條件控制極其苛刻，且成本昂貴，這就限制了它的工業化生產和應用。

本研究采用溶膠—凝膠法制備TiO₂/SiO₂復合氣凝膠.先分別制備出TiO₂和SiO₂溶膠，經陳化24h后再混合，并添加干燥控制化學添加劑甲酰胺，以形成比較完善的凝膠網絡結構，經過放置形成TiO₂/SiO₂復合醇凝膠.然后將復合TiO₂/SiO₂醇凝膠用正硅酸乙酯的乙醇溶液浸泡，低表面張力溶劑替換和分級陳化和干燥處理，實現了塊狀TiO₂/SiO₂復合氣凝膠的非超臨界干燥制備。

一、實驗

1.實驗原料

鈦酸丁酯化學純上海化學試劑公司

硅溶膠 分析純上海試劑工廠

無水乙醇分析純天津化學試劑一廠

硝酸分析純北京化學試劑廠

甲酰胺 分析純上海化學試劑公司

正硅酸乙酯 分析純上海化學試劑公司

2.實驗儀器

控溫強磁力攪拌器KJ—l型 蘇北生化儀器廠

干燥箱101A—2型上海市實驗儀器總廠

溫度指示控制儀WMZK—01型上海醫用儀表廠

透射電鏡(TEM)CM120Philips

掃描電鏡(SEM)XL30Philips

自動物理吸附儀Tristar 3000 Micromeritics

X射線衍射儀DMAX—Ⅱ

傅立葉變換紅外光譜儀NEXUS

3.TiO₂/SiO₂氣凝膠的制備

(1)TiO₂醇溶膠的制備

將鈦酸丁酯和乙醇按一定比例混合均勻，得到溶液a。將硝酸、水和乙醇按一定比例混合均勻，得到溶液b。在強烈攪拌下，將溶液b緩慢地加入到溶液a中，即得到TiO₂醇溶膠。其中各組分摩爾比為鈦酸丁酯：乙醇：水：硝酸—1：18：3.75：0.36。

(2)SiO₂醇溶膠的制備

在硅溶膠中加入一定量的硝酸，將溶膠調成酸性，在攪拌下加入一定量的乙醇后得到SiO₂醇溶膠。其中硅溶膠：乙醇：水：硝酸的摩爾比為1：5.7：4.62：0.055.

(3)TiO₂/SiO₂醇凝膠的制備

將上述2種溶膠陳化約24h后配制復合溶膠。復合時2種醇溶膠按照一定的硅鈦摩爾比混合，加人適量甲酰胺，強烈攪拌，形成顆粒均勻分散的TiO₂/SiO₂醇溶膠，放置一段時間后得到TiO₂/SiO₂醇凝膠。其中TiO₂和SiO₂總量與甲酰胺量的摩爾比為1：0.4。

(4)TiO₂/SiO₂氣凝膠的制備

將得到的TiO₂/SiO₂醇凝膠在60℃下先用無水乙醇浸泡24h，以置換除去醇凝膠中多余的水份，重復一次，然后用正硅酸乙酯的乙醇溶液(1：3體積比)和無水乙醇重復以上操作；最后將浸泡處理的TiO₂/SiO₂醇凝膠直接放在70℃烘箱中干燥72h左右即可得到TiO₂/SiO₂氣凝膠樣品。

(5)氣凝膠樣品性質的測定

1)電鏡觀測

將樣品粉碎并分散在水和乙醇混合液中，經超聲波振蕩分散均勻后，將分散液滴在銅網上，待溶液蒸干后用透射電鏡(TEM)觀察粒子的形狀和大小，并用統計分析法求出粒子的平均直徑。將樣品取幾個截面，置于銅塊上，噴金后用掃描電鏡(SEM)觀察粒子的形貌。

2)紅外光譜分析

TiO₂/SiO₂氣凝膠典型樣品分別在70℃、300℃及500℃加熱1h，用傅立葉變換紅外光譜儀，以KB壓片法測定不同熱處理溫度的TiO₂/SiO₂氣凝膠樣品的IR譜圖。

3)X射線衍射分析

將TiO₂/SiO₂氣凝膠典型樣品分別在70℃、300℃及500℃加熱1h，采用DMAX—Ⅱ型X射線衍射儀測定不同熱處理溫度的氣凝膠樣品的XRD圖譜，XRD采用CuKa，V=40kV。

4)比表面和孔分布測定

采用Micromeritics Tristar 3000自動物理吸附儀測TiO₂/SiO₂氣凝膠樣品的比表面和孔分布。

二、結語

1.通過溶膠—凝膠法和非超臨界燥制備了TiO₂/SiO₂氣凝膠。

2.所得TiO₂/SiO₂氣凝膠為無色或乳白色輕質塊狀多孔固體。它由直徑約10nm的TiO₂和SiO₂微粒相互分散復合而成，孔徑在20～40nm，BET比表面積在200～400m2/g，孔體積在1～2cm3/g之間。

3.該復合氣凝膠中SiO₂的相態為無定型，TiO₂的相態為銳鈦礦晶型，并且摻入SiO₂復合可以抑制TiO₂。微粒粒徑長大和晶相轉化。

［參考文獻］

［1］朱馨樂、謝一兵、李萍等：《納米TiO₂光催化降解水中有機物機理研究進展》，《化學通報》2003年第1期。

［2］Ahmed M S.Attia Y A.Aerogel materials for photocatalytic detoxification of cyanide.wastes in water.J.Non—CrystSolids，1995.

［3］Anpo M，Shima T，Kodama S，et a1.Photocatalytic hydrogenation of CH3CCH with H2O on small-particle TiO₂：size quantization effect and reaction intermediates.J.Phys.Chem.，1987.

［4］張敬暢、高玲玲、曹維良：《納米TiO₂復合光催化劑的超臨界流體干燥法制備及其光催化性能研究》，《無機化學學報》2003年第9期。

［5］姚超、丁永紅、林西平等：《納米SiO₂有機表面改性研究》，《無機化學學報》2005年第5期。