製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法
2023-06-01 01:33:01
製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法
【專利摘要】本發明屬於精細化工領域，尤其涉及一種製備小粒徑銳鈦礦型納米TiO2的簡單方法，其採用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數為6～20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉移至反應釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產物。其中乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13℃～25℃，攪拌時間為2min～7min，鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7～15:30，蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%～27%。本發明工藝簡單，操作安全，環境汙染物少，產品晶粒尺寸極小，質量穩定，油品中的分散性好，適合大規模生產。
【專利說明】製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製備小粒徑銳鈦礦型納米TiO2的簡單方法，屬於精細化工領域。【背景技術】 [0002]納米技術的發展已經對人類社會產生深遠的影響，並且隨著人們對納米技術發展的深入，可以有效的控制納米材料的合成(如:粒徑，形貌等)，使得納米材料能夠按照人們的意願進行設計，並且創造新的體系。
[0003]二氧化鈦無毒，化學性質穩定，常溫下幾乎不與其他物質發生反應，是一種偏酸性的兩性氧化物。銳鈦礦型納米TiO2具有較好的光催化性能，禁帶寬度為3.0 eV，在380 nm紫外光照射下，價帶電子能夠被激發躍遷至導帶，產生空穴。之後，空穴、電子與吸附在二氧化鈦表面的H2O產生作用，生成.0Η，O2OOH強氧化性基團，這些強氧化性基團能與有機物(醛等)、汙染物(有色染料等)、細菌等分解為二氧化碳和水。
[0004]如今，製備納米二氧化鈦的方法很多，可分類為物理加工法和化學法。物理法是通過簡單的機械粉碎來實現對TiO2顆粒的細化，但是此法對粉碎設備要求很高，並且粉碎過程很容易混入雜質，很難製備出超微粒子。化學法主要分為液相法、氣相法。氣相法是指直接利用氣體或採用雷射、電子束照射等將原料變為氣體或離子體，使得在氣體狀態下發生化學或物理變化，之後再經冷卻、凝結、長大等過程製備微細顆粒的方法，但是氣相法生產成本較高。液相法是指反應是在溶液中，通過一定手段形成粒徑均一的顆粒，再經熱處理得到納米二氧化鈦，並且液相法具有合成溫度低、設備簡單、易操作、成本低等優點。液相法主要有沉澱法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水解法等，是目前工業上廣泛採用製備微細粉體的方法。
【發明內容】
[0005]本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種工藝簡單，操作安全，環境汙染物少，產品晶粒尺寸極小，質量穩定，油品中的分散性好，適合大規模生產的小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的製備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的。
[0007]製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數為6~20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉移至反應釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產物。
[0008]作為一種優選方案，本發明所述乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13°C~25 0C ;攪拌時間為2 min~7 min ;鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7~15:30 ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
[0009]進一步地，本發明可使用碳數為8~12的脂肪酸。
[0010]更進一步地，本發明於反應釜中，加熱溫度為130°C~180 °C。
[0011]更進一步地，本發明於反應釜中，加熱時間為13 h~19 h0[0012]更進一步地，本發明採用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑；脂肪酸的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133%，蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
[0013]本發明採用溶劑熱法，鈦酸四丁酯或四氯化鈦作為TiO2的前驅物，無水乙醇作為溶劑，通過改變製備條件製備粒徑平均約為10 nm的二氧化鈦粉體材料，運用溶劑熱法一步完成。
[0014]本發明工藝簡單，操作安全，環境汙染物少，產品晶粒尺寸極小，質量穩定，油品中的分散性好，適合大規模生產。
[0015]與現有技術相比本發明具有如下特點:1、本發明所涉及的製備過程是簡略的，採用溶劑熱法。以鈦酸四丁酯或四氯化鈦作為製備TiO2的前驅物，乙醇作為有機溶劑，加入脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻即可，轉移至反應釜中，加熱一段時間，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌數次，得到納米TiO2粉末。
[0016]2、採用本發明方法製備的銳鈦礦型納米二氧化鈦具有質量上的絕對優勢，通過XRD測試結果可知銳鈦礦型納米二氧化鈦的含量為大於99.9 %。
[0017]3、通過掃描電鏡(SEM)測試發現，採用本發明方法製備的銳鈦礦型納米二氧化鈦其晶粒形貌均為球狀結構，這意味著該二氧化鈦具有較大的比表面積。
[0018]4、通過雷射粒度儀測試發現，採用本發明方法製備的銳鈦礦型納米二氧化鈦其晶粒平均尺寸為10 nm。採用本辦法製備的TiO2納米材料，工藝簡單，操作安全，所得的二氧化鈦材料均一且粒徑平均尺寸為10 nm。
[0019]5、通過分散性實驗發現，採用本發明方法製備的銳鈦礦型納米二氧化鈦可以較長時間(分散性實驗用時I個月)的懸浮在液體石蠟油中。
[0020]本發明具體製備條件如下`。
[0021]1、醇的選擇:溶劑為乙醇，與鈦酸四丁酯或四氯化鈦混合體積比為30:7~15，混
合溫度為室溫(13 °C左右)。
[0022]2、有機酸的選擇:有機酸選擇脂肪酸為酸源，加入量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133%。
[0023]3、蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27% ;加入水的量不宜過多，水量過多會導致產生白色沉澱，這些沉澱粒徑大，不均一。
[0024]4、攪拌、混合溫度和時間:每次攪拌只為混合均勻，混合溫度為室溫(13 °C左右)，攬拌2min~3 min即可。
[0025]5、反應的溫度和時間:混合液轉移至反應釜中，加熱溫度為130 °C~180 °C，加熱時間為13 h~19 h。
[0026]本發明最佳實施方式是。
[0027]將鈦酸四丁酯或四氯化鈦與無水乙醇按體積比7~15:30混合，攪拌，得到混合均勻的溶液，加入所用鈦酸四丁酯或四氯化鈦體積的71%~133%的脂肪酸，以及所用鈦酸四丁酯或四氯化鈦體積的14%~27%的蒸餾水，蒸餾水不宜過多，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至130 °C~180°C °C, 13 h~19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到平均10 nm的二氧化鈦納米球。【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。本發明的保護範圍不僅局限於下列內容的表述。
[0029]圖1為本發明納米TiO2粉體製備流程圖。
[0030]圖2-1為本發明鈦酸四丁酯製備納米TiO2粉體的XRD圖像。
[0031]圖2-2為本發明四氯化鈦製備納米TiO2粉體的XRD圖像。
[0032]圖3-1為本發明鈦酸四丁酯製備納米TiO2粉體的SEM圖像。
[0033]圖3-2為本發明四氯化鈦製備納米TiO2粉體的SEM圖像。
【具體實施方式】
[0034]實施例1。
[0035]將7mL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為18°C,攪拌時間為5min,得到混合均勻的溶液，加入5 mL的正辛酸和I mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到8nm左右的二氧化鈦納米球。
[0036]實施例2。
[0037]將7mL四氯化鈦與30mL無水乙醇混合,混合溫度為20 °C ,攪拌時間為6min,得到混合均勻的溶液，加入5 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180°C，19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到12nm左右的二氧化鈦納米球。
[0038]實施例3。
[0039]將15mL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為17 V,攪拌時間為4min,得到混合均勻的溶液，加入12 mL的正辛酸和4 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到15 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0040]實施例4。
[0041]將IOmL四氯化鈦與30mL無水乙醇混合,混合溫度為23 V,攪拌時間為6min,得到混合均勻的溶液，加入8 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到14 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0042]實施例5。
[0043]將IOmL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為24 V,攪拌時間為7min,得到混合均勻的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180°C，19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到
10nm左右的二氧化鈦納米球。
[0044]實施例6。
[0045]將8 mL鈦酸四丁酯與30 mL無水乙醇混合,混合溫度為21 °C ,攪拌時間為5min,得到混合均勻的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉移至反應釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產物進行過濾，洗滌數次，乾燥，得到8 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0046]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數為6~20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉移至反應釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產物。
2.如權利要求1所述的製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於:乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13°C~25 °C;攪拌時間為2 min~7 min ;鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7~15:30 ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
3.如權利要求2所述的製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於:使用碳數為8~12的脂肪酸。
4.如權利要求3所述的製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於:於反應釜中，加熱溫度為130°C~180 °C。
5.如權利要求4所述的製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於:於反應釜中，加熱時間為13 h~19 h。
6.如權利要求3~5之任一所述的製備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特徵在於:用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑；脂肪酸的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133% ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
【文檔編號】B82Y30/00GK103553125SQ201310499079
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】錢建華, 劉琳, 馬全亮, 許家勝, 邢錦娟, 張豔萍 申請人:渤海大學