一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法

2023-04-28 08:43:16

專利名稱：一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法
技術領域：
本發明屬於納米二氧化鈦顆粒的製備領域，特別涉及一種採用高強酸製備金紅石 型納米二氧化鈦顆粒的方法。
背景技術：
近年來，納米材料的特殊性質受到了普遍關注，這吸引了大批學者對納米材料的 合成進行了廣泛的研究。由於顆粒尺寸的細微變化，比表面積急劇增加。納米二氧化鈦具 有粒徑小、比表面積大、光催化、吸附性能好、紫外吸收率高等優點而成為重要的無機功能 材料，廣泛應用於塗料、光催化劑、化妝品、電子材料和功能陶瓷等領域，金紅石型耐熱性、 熱穩定性和化學穩定性優於銳鈦礦型TiO高濂，鄭珊，張青紅.納米二氧化鈦光催化材料 及應用[M].北京化學工業出版社，2002 :16-20。金紅石型納米TiO2具有更好的吸收紫 外線的功能，它在全部紫外區都具有有效的紫外線濾除能力，加上它的化學性質穩定(熔 點> 1800°C、熱分解溫度超過2000°C )、無毒(大鼠的LD50 > 5000mg/lg)和更好的耐候 性而得到廣泛的應用。例如在清漆中含有0. 5% 4%的納米TiO2，便能防止木材受光照後 發黑；在食品包裝用塑料薄膜中加入0. 0.5%的納米TiO2可防止食品受光照後氧化， 以及肉類等食品在櫥窗中受螢光燈照射後氧化變色；在塑料中使用能防止塑料本身被日光 降解和老化；在農用薄膜中使用能提高它的強度和耐久性；在化妝品使用可以提高化妝品 的防曬和抗紫外線的能力。另外，金紅石型納米T^2由於其特殊的電學性能，不僅可以用 於溼敏和壓敏元件，還可以用作傳感器材料檢測多種氣體。如納米T^2可檢測H2、CO等可 燃性氣體和02，特別是用作汽車尾氣傳感器，通過測定汽車尾氣中的氧含量，可以控制汽車 發動機的效率。而且由於金紅石型納米TW2更好的耐候性和顏料性能，所以在塗料和塗層 方面具有更加高的應有價值鄧捷，吳立峰.鈦白粉應用手冊[M].北京化學工業出版社， 2005。納米材料的製備方法很多，液相沉澱法通常採用的工藝路線是將氨水、(NH4)2CO3 或NaOH等鹼類物質加入到鈦鹽溶液中，生成無定形的Ti (OH)4，將生成的沉澱過濾、洗滌、幹 燥後，控制溫度的不同，經煅燒得到銳鈦礦型或金紅石型納米TW2粉體沈毅，張智丹，沈上 越.二氧化鈦微米球形顆粒的製備與研究[J].矽酸鹽通報，2005，(3) :96-101。雖然該 法設備工藝簡單，制樣時間較短，技術要求不高，成本低等優點，但是純度不高，而且粒徑控 制方面並未介紹。祖庸等水解溫度為33°C，η(鈦酸丁酯)η(乙醇)η(水)η(鹽 酸)=1 9 3 0.28，製備出了平均粒徑8nm 25nm，顆粒形態呈球形的TiO2粉體， 550°C鍛燒為銳鈦礦型，800°C鍛燒為金紅石型祖庸，李曉娥，衛志賢.超細TW2的合成研 究溶膠-凝膠法[J].西北大學學報，1998，觀(1) :51-56。此法依然未實現對顆粒粒徑 的控制。尹荔松等人在上述體系中加人冰醋酸作為鰲合劑，以控制鈦酸丁醋的水解速度，系 統考察H2O/鈦醇鹽的摩爾體系、pH值、乙醇/鈦酸丁醋摩爾比及水解溫度等因素對膠凝時 間的影響。尹荔松，周歧發，唐新桂，等.溶膠-凝膠法製備納米的膠凝過程機理研究[J]. 功能材料，1999，3(K4) :407-409]0該方法合成的納米粉體顆粒均勻、純度高、形狀易控制，
3但不能控制粒徑大小。^iao Tieliu先用氨水做沉澱劑，加入到異丁醇鈦乙醇溶液中，制 得Ti (OH)4沉澱物，再溶入硝酸中，加熱到80°C，恆溫池製得超細金紅石型納米二氧化鈦。 [Zhao TieLiu, Yao Shushan. Preparation and characterizationof highly dispersed nanocrystalline rutile powders[J]. Materials Letters,2007, (61) :2798_2803
在Pedraza等用TiCl3直接氧化法製備出金紅石型納米二氧化鈦Pedraza F，Vazquez A.Ostentationof Ti02 rutile at room temperature through direct oxidation of TiC13[J].J Phys Chem Solids，1999，60 :445_448；張豔峰由 TiOCl2 均相溶液採用低溫 (室溫 60°C)陳化直接製備了納米氧化鈦針形聚集體顆粒張豔峰，魏雨，賈振斌.Ti0C12 溶液低溫水解合成金紅石型氧化鈦納米粉[J].無機材料學報，2001，16(6) :1217-1219。 趙曉紅等用TiCl3低溫水熱法製備出金紅石型納米二氧化鈦趙曉紅，張淵明，等.低溫水 熱法製備高活性納米金紅石相二氧化鈦[J].化學研究與應用，2006，18 (3) :235-238。這 些方法均為涉及粒徑控制。另一方面，已有報導表明，通過銳鈦礦納米晶種控制銳鈦礦納米顆粒粒徑Park N G, Lagemaat van de J, Frank A J. Comparison of dye-sensitized rutile and anatase based TiO2 Solarcells [J]. J. Phys. Chem. B, 2000,104(38) :8989_8994。應該考慮到通過 用金紅石，銳鈦礦晶種數量來控制金紅石納米二氧化鈦顆粒大小，同時所製備的納米顆粒 粒徑均一。同時，可以在相同的PH等條件下，製備產率相當的金紅石納米顆粒。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦 顆粒的方法，該方法操作簡便，重複性好，每批次的粒徑均勻性好，具有粒徑可控，分散性好 等優勢。本發明的一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1. 26M 5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0. 25M的溶液， 攪拌15 20min，得到透明溶液，將溶液轉移到反應釜進行水熱反應，自然冷卻到室溫，離 心去掉上層清液，然後用去離子水反覆洗滌產物，即得。所述的高強酸為高氯酸、硫酸或硝酸。所述的鈦酸酯為異丙醇鈦或鈦酸四丁酯。所述的水熱反應具體條件為於100 120°C陳化M 32h，再升溫至140 160°C 陳化72 80h。有益效果(1)本發明操作簡便，重複性好，每批次的粒徑均勻性好；(2)本發明具有粒徑可控，分散性好等優勢，可以製備出不同粒徑的金紅石型納米 二氧化鈦超細粉體，為不同粒徑的金紅石型納米顆粒的製備與應用打下了良好的基礎。


圖1是實施例1所得的金紅石型納米顆粒的透射電鏡圖片；圖2是實施例1所得的金紅石型納米顆粒的XRD圖片；圖3是實施例2所得的金紅石型納米顆粒的透射電鏡圖片。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定 的範圍。實施例1配製1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 5mL，逐滴加入1. 5mL異丙醇鈦，攪拌15min，得 到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉移到聚四氟乙烯反應釜進行水熱反應，加 熱到100°C陳化Mh，再升溫到140°C陳化72h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進行 離心操作，去掉上層清液。然後用去離子水反覆洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。方案1在高氯酸濃度分別是a為1. 26M, b為1. 63M，c為1. 88M，d為2. 00M, e 為4. 00M, f為5. OOM時製得金紅石納米粒子的透射電鏡圖片見圖1，由圖估算出粒子的 平均粒徑分別約為 70nmX 13nm, 85nmX 13nm, 125nmX 18nm, 135nmX 19nm, 150nmX 16nm, 230nmX17nm 分散性能較好。圖 2 為 XRD 圖 a 為 1. 26M，b 為 1. 88M，c 為 2. 00M，d 為 4· 00M, e 為 5. OOM0實施例2配製1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL鈦酸四丁酯，攪拌15min， 得到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉移到聚四氟乙烯反應釜進行水熱反應， 加熱到100°C陳化Mh，再升溫到140°C陳化72h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進 行離心操作，去掉上層清液。然後用去離子水反覆洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。方案2在添加不同數量晶種高氯酸濃度分別是a為4M，b為2M時製備金紅石納米 粒子的透射電鏡圖片見圖3，由圖估算出粒子的分別為200nmX15nm，IOOnmX20nm。實施例3配製1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL鈦酸四丁酯，攪拌20min， 得到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉移到聚四氟乙烯反應釜進行水熱反應， 加熱到120°C陳化32h，再升溫到160°C陳化80h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進 行離心操作，去掉上層清液。然後用去離子水反覆洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。
權利要求
1.一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1. 26M 5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0. 25M的溶液，攪拌 15 20min，得到透明溶液，將溶液轉移到反應釜進行水熱反應，自然冷卻到室溫，離心去 掉上層清液，然後用去離子水反覆洗滌產物，即得。
2.根據權利要求1所述的一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，其 特徵在於所述的高強酸為高氯酸、硫酸或硝酸。
3.根據權利要求1所述的一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，其 特徵在於所述的鈦酸酯為異丙醇鈦或鈦酸四丁酯。
4.根據權利要求1所述的一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法， 其特徵在於所述的水熱反應具體條件為於100 120°C陳化M 32h，再升溫至140 160°C 陳化 72 80h。
全文摘要
本發明涉及一種採用高強酸製備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1.26M～5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0.25M的溶液，攪拌15～20min，得到透明溶液，將溶液轉移到反應釜進行水熱反應，自然冷卻到室溫，離心去掉上層清液，然後用去離子水反覆洗滌產物，即得。本發明操作簡便，重複性好，每批次的粒徑均勻性好，具有粒徑可控，分散性好等優勢，為不同粒徑的金紅石型納米顆粒的製備與應用打下了良好的基礎。
文檔編號C01G23/053GK102145918SQ20111009713
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者俞海鋼, 周興平, 王美文 申請人:東華大學