×
19.06.2019
219.017.8a07

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам получения фотокатализаторов. Описан способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана, заключающийся в приготовлении водного раствора сульфата титанила с концентрацией 0,1-1,0 моль/л, добавлении в раствор кислоты до получения концентрации 0,15-1 моль/л с последующим гидролизом полученного раствора в гидротермальных условиях с одновременной обработкой раствора микроволновым излучением при температуре в диапазоне 100-250°С в течение 0,5-24 часов и последующим высушиванием полученной суспензии пористого диоксида титана. Технический результат - вышеописанный способ позволяет получить пористый фотокатализатор в форме мезопористых частиц с высокой удельной поверхностью, что усиливает его фотокаталитическую активность. 5 з.п. ф-лы., 4 табл., 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к составу и структуре дисперсных материалов на основе диоксида титана, а также к способам и составам полупродуктов для получения этих материалов, которые могут быть использованы как катализаторы фотохимических реакций на химических предприятиях, в частности, для получения молекулярного водорода как топлива для транспортных средств, для очистки воздуха и воды от вредных органических соединений путем гетерогенного фотокаталитического окисления упомянутых соединений до образования безопасных для здоровья человека продуктов.

Известно [1], что наибольшей каталитической активностью обладают фотокатализаторы, состоящие из кристаллических частиц с высокой удельной поверхностью (малым размером).

Известен способ получения диоксида титана гидролизом TiOSO4 [2-4]. Этот способ приводит к получению непористых частиц размером от 300 нм до 8.5 мкм, непригодных для использования в качестве фотокатализаторов.

Известен способ получения частиц ТiO2 размером менее 100 нм для фотокаталитических процессов из алкоксидов титана [5-6]. Однако их получение представляет собой отдельную задачу, а хранение требует специальных условий. Кроме того, содержание кристаллической фазы в полученном продукте составляет около 50%, что приводит к потере фотокаталитической активности.

Известен способ получения золя на основе TiO2 [7] гидролизом TiOSO4. Этот метод заключается в гидролизе TiOSO4 с помощью 10-200 моль воды в расчете на моль TiOSO4, добавлении кислоты до pH 0.1-2.5, выращивании кристаллов TiO2 в гидротермальных условиях при 80-210°C в течение 1-48 часов, добавлении нелетучего органического растворителя и удалении воды с помощью насадки Дина-Старка. Этот способ был выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является получение частиц оксида титана размером 80-200 нм, что не позволяет существенно повысить фотокаталитическую активность по сравнению с традиционными фотокатализаторами на основе диоксида титана.

Заявленное изобретение позволяет понизить размер получаемых частиц до 10-60 нм без потери кристалличности, таким образом, удается получить более эффективный фотокатализатор.

Указанный технический результат достигается тем, что фотокатализатор на основе нанокристаллического диоксида титана приготавливают из водного раствора сульфата титанила, который подвергают гидротермальной обработке, при этом концентрация сульфата титанила в водном растворе составляет 0,1-1,0 моль/л, в раствор добавляют кислоту до получения концентрации 0,15-1 моль/л, раствор подвергают гидролизу в гидротермальных условиях с одновременной обработкой раствора микроволновым излучением при температуре в диапазоне 100-250°C в течение 0,5-24 часов, после чего полученную суспензию пористого диоксида титана высушивают.

Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что в качестве кислоты используют раствор серной кислоты.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что пористый диоксид титана выделяют центрифугированием.

Кроме этого, пористый диоксид титана очищают от маточного раствора с помощью дистиллированной воды.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что пористый диоксид титана высушивают на воздухе при 60-70°.

Вместе с тем, указанный технический результат достигается тем, что обработку раствора микроволновым излучением проводят мощностью от 500 до 2000 Вт.

Указанный технический результат достигается, таким образом, тем, что диоксид титана получается гидролизом подкисленного раствора сульфата титанила в гидротермальных условиях при обработке микроволновым излучением.

Кроме того, повышение фотокаталитической активности получаемого материала достигается за счет увеличения площади поверхности, вызванного образованием в условиях получения пор размером 1-4 нм.

Ниже приведены примеры конкретной реализации заявленного изобретения на основе проведенных на базе Санкт-Петербургского государственного университета исследований.

Пример 1

Получение нанокристаллического оксида титана из раствора сульфата титанила, стабилизированного добавкой серной кислоты

Раствор TiOSO4 (1 M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде с добавлением значительного количества серной кислоты (4 М). Серная кислота оказывает на растворы сульфата титанила стабилизирующее действие - они становятся более устойчивыми, и в течение продолжительного времени из них не выпадает осадок гидратированного диоксида титана. Раствор разбавляли дистиллированной водой до заданных концентраций и подвергали гидротермально-микроволновой обработке мощностью 1400 Вт при 200°C в течение 1 часа. По окончании эксперимента продукты синтеза извлекали из ячеек, промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°C.

По данным РФА все образцы, полученные гидротермально-микроволновым методом из 0,5 М растворов TiOSO4: 1) стабилизированного H2SO4 и 2) нестабилизированного, представляют собой чистую фазу анатаза (Фиг.1) с небольшой примесью аморфной фазы. Таким образом, дополнительное микроволновое воздействие не оказывает влияния на фазовый состав образующегося в гидротермальных условиях диоксида титана. Согласно результатам измерений размеров ОКР при синтезе диоксида титана из раствора, предварительно стабилизированного серной кислотой, увеличение концентрации сульфата титанила в растворе от 0,25 М до 0,5 М приводит к увеличению размеров ОКР от 17 до 21 нм (табл. 1).

Данные просвечивающей электронной микроскопии (Фиг.2) свидетельствуют о получении в гидротермально-микроволновых условиях пористого нанокристаллического диоксида титана с размером частиц от 15 до 20 нм и размерами пор 1-2 нм. По данным измерения низкотемпературной адсорбции азота все образцы имеют удельную площадь поверхности более 100 м2/г, что хорошо согласуется с указанным размером частиц.

Таблица 1
Описание образца Размер ОКР, нм (±10%)
Стабилизированный раствор 0,5 М 21
Стабилизированный раствор 0,25 М 16

Приведенные результаты показывают, что гидротермально-микроволновой синтез позволяет значительно понизить предложенное в прототипе время обработки (до 48 часов) и одновременно уменьшить размер частиц диоксида титана.

Пример 2

Получение нанокристаллического оксида титана из раствора сульфата титанила без стабилизации серной кислотой

Раствор TiOSO4 (1 M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой до заданных концентраций и подвергали гидротермально-микроволновой обработке мощностью 1400 Вт при 200°C в течение 1 ч. По окончании эксперимента продукты синтеза извлекали из ячеек, промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°C.

По данным РФА все образцы, полученные гидротермально-микроволновым методом, представляют собой чистую фазу анатаза (Фиг.1) с небольшой примесью аморфной фазы. Согласно результатам измерений размеров ОКР при синтезе диоксида титана из раствора, не стабилизированного серной кислотой, увеличение концентрации сульфата титанила в растворе от 0,25 М до 0,5 М приводит к увеличению размеров ОКР от 12 до 16 нм (табл. 2).

Данные просвечивающей электронной микроскопии свидетельствуют о получении в гидротермально-микроволновых условиях пористого нанокристаллического диоксида титана с размером частиц от 8 до 15 нм и размерами пор 1-2 нм. По данным измерения низкотемпературной адсорбции азота все образцы имеют удельную площадь поверхности более 100 м2/г, что хорошо согласуется с указанным размером частиц.

Таблица 2
Описание образца Размер ОКР, нм (± 10%)
Нестабилизированный раствор 0,5 М 16
Нестабилизированный раствор 0,25 М 12

Пример 3

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила при различных временах гидротермальной обработки

Раствор TiOSO4 (1 M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой до концентрации 0,25 моль/л и подвергали гидротермально-микроволновой обработке мощностью 500 Вт при 200°C в течение 0,5-6 ч. По окончании эксперимента продукты синтеза извлекали из ячеек, промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°C.

По данным РФА все образцы, полученные гидротермально-микроволновым методом, представляют собой чистую фазу анатаза с небольшой примесью аморфной фазы (табл. 3).

Данные просвечивающей электронной микроскопии свидетельствуют о получении в гидротермально-микроволновых условиях пористого нанокристаллического диоксида титана с размером частиц от 8 до 15 нм и размерами пор 1-2 нм. По данным измерения низкотемпературной адсорбции азота все образцы имеют удельную площадь поверхности более 100 м2/г, что хорошо согласуется с указанным размером частиц.

Таблица 3
Описание образца Время гидротермальной обработки, ч Фазовый состав Размер ОКР, нм (±10%)
Нестабилизированный раствор 0,25 М 0,5 Анатаз - 100% 11
Нестабилизированный раствор 0,25 М 1 Анатаз - 100% 12
Нестабилизированный раствор 0,25 М 3 Анатаз - 100% 14
Нестабилизированный раствор 0,25 М 6 Анатаз - 100% 15

Пример 4

Получение пористого оксида титана из нестабилизированного раствора сульфата титанила с добавлением азотной кислоты при различных температурах гидротермальной обработки

Раствор TiOSO4 (1 M) был приготовлен растворением сульфата титанила в дистиллированной воде. Раствор разбавляли дистиллированной водой до концентрации 0,25 моль/л и подвергали гидротермально-микроволновой обработке мощностью 2000 Вт при 100-250°C в течение 1 (табл. 4). По окончании эксперимента продукты синтеза извлекали из ячеек, промывали дистиллированной водой, после чего высушивали на воздухе при температуре 60°C.

По данным РФА все образцы, полученные гидротермально-микроволновым методом, представляют собой чистую фазу анатаза с небольшой примесью аморфной фазы.

Данные просвечивающей электронной микроскопии свидетельствуют о получении в гидротермально-микроволновых условиях пористого нанокристаллического диоксида титана с размером частиц от 8 до 15 нм и размерами пор 1-2 нм. По данным измерения низкотемпературной адсорбции азота все образцы имеют удельную площадь поверхности более 100 м2/г, что хорошо согласуется с указанным размером частиц.

Таблица 4
Описание образца Температура гидротермальной обработки Фазовый состав Размер ОКР, нм (±10%)
Нестабилизированный раствор 0,25 М 100 Анатаз - 100% 11
Нестабилизированный раствор 0,25 М 200 Анатаз - 100% 12
Нестабилизированный раствор 0,25 М 250 Анатаз - 100% 15

На основании проведенных исследований приведенные выше примеры наглядно подтверждают возможность получения предложенным методом нанокристаллического оксида титана существенно меньшего размера (10-25 нм), чем другими способами, причем практически все частицы являются полностью закристаллизованными. Это приводит к тому, что увеличивается удельная площадь поверхности материала, что усиливает его фотокаталитическую активность. Кроме того, диоксид титана образуется в форме мезопористых частиц, что дополнительно увеличивает доступную для катализа площадь поверхности.

Заявленное изобретение позволяет увеличить эффективность очистки воды и воздуха от органических загрязнителей, эффективно проводить обеззараживание воздуха в медицинских учреждениях, проводить фотокаталитическое разложение воды с целью получения молекулярного водорода и его дальнейшего использования в роли топлива. Кроме того, мезопористость полученного материала позволяет использование его и в других областях промышленности, например для получения белого пигмента в красках, пластмассах, в целлюлозно-бумажной, текстильной, пищевой промышленности, при обработке кожи, в фармацевтике, косметике.

Источники информации

1. М. Kaneko, I. Okura, Photocatalysis: Science and Technology. Springer, 2002, 356 p.

2. Патент Российской Федерации №2315123.

3. Патент Российской Федерации №2315818.

4. Патент Российской Федерации №2317345.

5. Патент Российской Федерации №2291839.

6. Патент Германии №102006035755.

7. Патент Кореи №20020043133 - прототип.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 17.
20.02.2019
№219.016.c419

Способ неинвазивной диагностики радикулопатий при пояснично-крестцовых остеохондрозах

Изобретение относится к медицине, а именно - к неврологии. Способ включает проведение лазерной доплеровской флоуметрии методом зондирующего излучения в медиальной надлодыжечной области нижних конечностей пациента, определяемую по расстоянию 1-2 см от верхнего края медиальной лодыжки в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463960
Дата охранного документа: 20.10.2012
29.03.2019
№219.016.f156

Способ определения профиля концентрации легирующей примеси в полупроводниках

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля профиля легирования в полупроводниках. Технический результат - повышение достоверности измерений и расширение диапазона глубин приповерхностного слоя образца, в которых определяется концентрация легирующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393584
Дата охранного документа: 27.06.2010
29.03.2019
№219.016.f17a

Способ получения безусадочного конструкционного керамического изделия

Изобретение относится к области химии, энергетики и технологии производства изделий из конструкционных материалов на основе нитрида бора, алюминия и карбида кремния и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочных, безусадочных керамических материалов, работающих в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399601
Дата охранного документа: 20.09.2010
29.03.2019
№219.016.f504

Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в сталях и устройство для определения содержания углерода в сталях

Использование: для определения содержания углерода в сталях посредством рентгеноспектрального способа. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение исследуемых образцов сталей первичным излучением рентгеновской трубки и измерение интенсивности вторичного спектра, при этом перед...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002427825
Дата охранного документа: 27.08.2011
10.04.2019
№219.017.071f

Пептид калий-уретический

Изобретение относится к терапевтически активным химическим соединениям, влияющим на мочеобразующую деятельность почек, а именно к пептиду, вызывающему селективное увеличение выделения ионов калия почкой. Соединение предназначено для лечения гиперкалиемии. 2 табл., 2 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002454426
Дата охранного документа: 27.06.2012
29.04.2019
№219.017.4225

Устройство для регистрации γ-излучения (варианты)

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Технический результат - упрощение конструкции и использование в качестве чувствительных к излучению элементов микроканальных пластин (МКП). Повышение чувствительности в заявленном устройстве достигается одномерной регистрацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002370789
Дата охранного документа: 20.10.2009
29.05.2019
№219.017.6904

Метиловый эфир 16,16-диметил-2-фтор-d-гомо-8альфа-эстрона, обладающий гиполипидемической и кардиопротекторной активностью

Изобретение относится к области синтеза биологически активных аналогов стероидных эстрогенов. Синтезирован метиловый эфир 16,16-диметил-2-фтор-D-гомо-8α-эстрона, обладающий гиполипидемической и кардиопротекторной активностью при отсутствии утеротропного и антигонадотропного действия....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002436792
Дата охранного документа: 20.12.2011
29.05.2019
№219.017.690e

Способ формирования многослойных нанокристаллических пленок с гетерогенной границей раздела и устройство для формирования многослойных нанокристаллических пленок с гетерогенной границей раздела

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано в технологии изготовления металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов и приборов, в частности для нанесения многослойных нанокристаллических тонких пленок этих материалов химическим способом. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002436876
Дата охранного документа: 20.12.2011
09.06.2019
№219.017.7d28

Способ рентгеноспектрального определения содержания водорода, углерода и кислорода в органических соединениях и устройство для определения содержания водорода, углерода и кислорода в органических соединениях

Использование: для рентгеноспектрального определения содержания водорода, углерода и кислорода в органических соединениях. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение исследуемого образца рентгеновским излучением, в котором присутствуют, по крайней мере, две дискретные линии в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426104
Дата охранного документа: 10.08.2011
09.06.2019
№219.017.7d71

Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов кадмия

Изобретение относится к области анализа ионного состава водных растворов и жидкостей и может быть использовано в изыскании материалов, стойких в сильнокислых растворах сложного состава с низким рН и высоким ионным фоном, предназначенных для использования в качестве чувствительных и стабильных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002428683
Дата охранного документа: 10.09.2011
Показаны записи 1-10 из 21.
10.03.2013
№216.012.2dce

Композиция на основе нанокристаллического диоксида титана, способ ее изготовления и способ применения композиции для получения фотокаталитического покрытия на стекле

Изобретение касается получения фотокаталитических покрытий нанокристаллического диоксида титана. Описана композиция для изготовления фотокаталитического покрытия на основе нанокристаллического диоксида титана со средним размером частиц 5-100 нм и с удельной площадью поверхности 10-300 м/г, воды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477257
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.3257

Способ получения фотокатализатора для разложения органических загрязнителей

Изобретение относится способу получения фотокатализатора. Описан способ получения фотокатализатора для разложения органических загрязнителей, заключающийся в приготовлении шихты из прекурсоров, взятых в стехиометрических соотношениях, которую смешивают с низкоплавким флюсом, прокаливанием смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478430
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.06.2013
№216.012.4a0b

Способ моделирования динамики полета летательного аппарата и моделирующий комплекс для его осуществления

Изобретения относятся к авиационной технике. Способ моделирования динамики полета летательного аппарата включает формирование виртуальных трехмерных изображений объектов окружающей обстановки и имитацию полета летательного аппарата. Виртуальные трехмерные изображения объектов окружающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484535
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b32

Способ получения покрытого стабилизирующей оболочкой нанокристаллического диоксида церия

Изобретение относится к способу получения покрытого стабилизирующей оболочкой нанокристаллического диоксида церия, который характеризуется антиоксидантной активностью. Способ включает приготовление водного раствора соли церия и стабилизатора, представляющего собой мальтодекстрин, с мольным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484832
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.08.2013
№216.012.5f7a

Способ получения высокопористого покрытия на основе двойных оксидов кремния и никеля

Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490074
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.10.2013
№216.012.794a

Способ получения высокопористого покрытия на основе двойных оксидов кремния и марганца

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496712
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.01.2014
№216.012.9426

Способ получения стабилизированного водного золя нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием

Изобретение относится к технологии производства наноматериалов для получения оксидных топливных элементов, тонких покрытий, пленок, обладающих высокой ионной проводимостью. Способ включает приготовление водного раствора солей церия и гадолиния, в котором суммарная концентрация редкоземельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503620
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.06.2016
№217.015.0398

Способ получения наностержней диоксида марганца

Изобретение может быть использовано в неорганической химии и нанотехнологии. Для получения наностержней диоксида марганца смешивают водные растворы перманганата калия и нитрита натрия в мольном соотношении , равном 2:(1-5), до образования однородной дисперсной фазы в сильнощелочном растворе....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587439
Дата охранного документа: 20.06.2016
25.08.2017
№217.015.bab7

Способ получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, биохимии, медицине. Для получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия готовят водный раствор гексанитроцерата(IV) аммония, тщательно перемешивая до его полного растворения. Проводят гидротермальную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615688
Дата охранного документа: 06.04.2017
18.05.2018
№218.016.51da

Композиция для стимуляции регенерации при дефектах костной ткани челюстей

Изобретение относится к области медицины, в частности к композиции для стимуляции регенерации костной ткани челюстей, содержащей гидроксид кальция, сульфат бария и нанокристаллический диоксид церия в изотоническом растворе. Соотношение компонентов в композиции составляет 40-42 мас.% гидроксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653480
Дата охранного документа: 08.05.2018
+ добавить свой РИД