一種三氟氧鈦酸銨的製備方法
2023-10-10 00:35:09 1
一種三氟氧鈦酸銨的製備方法
【專利摘要】本發明提供一種三氟氧鈦酸銨（NH4TiOF3）的製備方法，採用氟鈦酸銨（(NH4)2TiF6）溶液和氨水(NH4OH)溶液為原料，將氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合，15～50℃反應得到三氟氧鈦酸銨。本發明提供的製備方法簡單環保，反應溫度低，得到的三氟氧鈦酸銨粉體粒徑小（1微米以下）且分布均勻，進一步優選為15～35℃可反應製備得到粒徑範圍300～600nm且分布均勻的三氟氧鈦酸銨。
【專利說明】一種三氟氧鈦酸按的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無機物製備【技術領域】，具體涉及一種三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的製備方法。
【背景技術】
[0002]由於二氧化鈦(TiO2)獨特的物理化學性質，其在環保和能源等領域有著廣泛的應用前景。理論推算和實驗結果均表明:如能增加高活性{001}晶面在二氧化鈦材料表面所佔的比例，將有助於提高其反應活性，增強其在各種應用中的效能。目前，用於製備{001}晶面暴露在外表面的二氧化鈦材料的方法主要有兩類:一類是通過氫氟酸(HF)或者氟化銨(NH4F)降低{001}晶面反應活性，以期能在最終產物中得以保留(Yang，H.G.et al.Nature, 2008, 453，638-641);另一類是通過三氟氧鈦酸銨的拓撲轉化反應製得(Zhou, L.et al.CrystEngComm, 2013, 15,5012-5015)。後一類方法相對於前一類而言，更簡單，有毒化學品使用更少，有可能被應用於大規模生產。
[0003]目前，三氟氧鈦酸銨主要是通過氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)和硼酸(H3BO3)反應製得，所得顆粒大小不一，形狀不規整，不利於後期拓撲轉化以製得{001}面暴露在外的二氧化鈦材料。為了控制其大小以及形狀，往往需要在反應體系中加入表面活性劑，這無形中又增加了製備成本。同時，目前方法所製得的三氟氧鈦酸銨顆粒，尺寸普遍較大(3~5微米)，導致煅燒後所得比表面積較小，光催化活性有限，限制了其大規模應用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的不足，提供一種利用氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)溶液和氨水(NH4OH)溶液製備三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的方法。該方法製備簡單，反應溫度低，得到的三氟氧鈦酸銨粉體尺寸較小(I微米以下)並且分布均勻。
[0005]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
[0006]—種三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的製備方法,採用氟鈦酸銨溶液和氨水溶液為原料，將氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合，15~50°C反應得到三氟氧鈦酸銨。
[0007]上述方案中，所述反應時間為I~24h。
[0008]上述方案中，所述氨水溶液以其中的有效氨水含量計與氟鈦酸銨溶液中氟鈦酸銨的摩爾比為1:2~4:3，反應溫度為15~35°C。
[0009]上述方案中，所述氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合後所形成的混合液中氟鈦酸銨的摩爾濃度為0.1~0.4mol/L，進一步優選為0.2~0.4mol/L。
[0010]上述方案中，所述反應時間優選為8~16h。
[0011]上述方案中，所述三氟氧鈦酸銨的製備方法還包括反應結束後，將反應液離心得到沉澱，然後將沉澱依次用水、無水乙醇洗滌，乾燥獲得三氟氧鈦酸銨粉體。
[0012]本發明的有益效 果是:製備方法簡單環保，反應溫度低，得到的三氟氧鈦酸銨粉體尺寸較小(I微米以下)並且分布均勻，進一步優選為15~35°C可反應製備得到粒徑範圍300~600nm且分布均勻的三氟氧鈦酸銨。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例一所製備的三氟氧鈦酸銨的掃描電鏡圖；
[0014]圖2為實施例二所製備的三氟氧鈦酸銨的掃描電鏡圖；
[0015]圖3為實施例三所製備的三氟氧鈦酸銨的掃描電鏡圖；
[0016]圖4中A為本發明實施例四所製備的三氟氧鈦酸銨的XRD圖，B為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的標準XRD圖(依據NH4TiOF3的標準PDF卡片繪製，N0.54-0239)；
[0017]圖5為實施例十所製備的三氟氧鈦酸銨的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0019]實施例一
[0020]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為2mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.2mol/L，氨水溶液中有效氨水含量和氟鈦酸銨溶液中氟鈦酸銨的摩爾比為2:3，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗滌過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗滌、離心(6000r/min，10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0021]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，SEM圖如圖1所示，由圖可看出本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為500nm左右，多為四方塊結構，且粒徑大小分布均勻。
[0022]實施例二
[0023]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為2mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.2mol/L，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0024]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，SEM圖如圖2所示，由圖可看出本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為500nm左右，多為四方塊結構，且粒徑大小分布均勻。
[0025]實施例三
[0026]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入1mL氨水 溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.3mol/L,混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱依此用水、無水乙醇洗滌，乾燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0027]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，SEM圖如圖3所示，由圖可看出本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，多為四方塊結構，且粒徑大小分布均勻。
[0028]實施例四
[0029]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0030]採用XRD對本實施例所製備的三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，所得XRD圖如圖4中A所示，與三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的標準XRD圖(B)對比發現，主要的衍射峰完全匹配，證實本發明實施例 所得粉體為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，且粒徑大小分布均勻。
[0031]實施例五
[0032]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為4mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.4mol/L,混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱依此用水、無水乙醇洗滌，乾燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體。。
[0033]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，且粒徑大小分布均勻。
[0034]實施例六
[0035]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為4mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.4mol/L，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0036]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為300~500nm，且粒徑大小分布均勻。
[0037]實施例七
[0038]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液,再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應2小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0039]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，且粒徑大小分布均勻。
[0040]實施例八
[0041]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液,再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應4小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0042]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)15另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為500nm左右，且粒徑大小分布均勻。
[0043]實施例九
[0044]稱取0.5939g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液,再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.3mol/L,混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應12小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0045]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)15另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為500nm左右，且粒徑大小分布均勻。
[0046]實施例十
[0047]稱取0.5939g氟鈦酸銨並 溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L,氨水濃度為0.3mol/L,混合均勻後放入24°C恆溫水浴中，反應16小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0048]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)15另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，SEM圖如圖5所示，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，且粒徑大小分布均勻。
[0049]實施例^^一
[0050]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入15°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心，得到白色粉體沉澱，再將白色粉體沉澱依此用水、無水乙醇洗滌，乾燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0051]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為200~400nm，且粒徑大小分布均勻。
[0052]實施例十二
[0053]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入35°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出 混合液離心，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱依此用水、無水乙醇洗滌，乾燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0054]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為400~600nm，且粒徑大小分布均勻。
[0055]實施例十三
[0056]稱取0.7919g氟鈦酸銨並溶解於9mL去離子水中配成氟鈦酸銨溶液，再向氟鈦酸銨溶液中加入ImL氨水溶液(濃度為3mol/L)，所形成的混合液中氟鈦酸銨濃度為0.4mol/L,氨水濃度為0.3mol/L，混合均勻後放入50°C恆溫水浴中，反應8小時後得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(6000r/min，10分鐘)，得到白色粉體沉澱。再將白色粉體沉澱加水用超聲波清洗機進行超聲分散洗滌，分散均勻後再次離心(6000r/min，10分鐘)，並重複上述離心洗漆過程兩次，最後加入無水乙醇超聲分散洗漆、離心(6000r/min, 10分鐘)，將得到的白色粉體放置於60°C烘箱中乾燥12小時，即得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0057]將本實施例所得的樣品經XRD測試，得樣品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3X另採用掃描電鏡對本實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進行測試，得本發明實施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑為800~lOOOnm，且粒徑大小分布均勻。
[0058]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種三氟氧鈦酸銨的製備方法,其特徵在於:採用氟鈦酸銨溶液和氨水溶液為原料，將氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合，15~50°C反應得到三氟氧鈦酸銨。
2.根據權利要求1所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:所述反應時間為I ~24h。
3.根據權利要求1或2所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:所述氨水溶液以其中的有效氨水含量計與氟鈦酸銨溶液中氟鈦酸銨的摩爾比為1:2~4:3，反應溫度為15 ~35?。
4.根據權利要求3所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:所述氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合後所形成的混合液中氟鈦酸銨的摩爾濃度為0.1~0.4mol/L。
5.根據權利要求4所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:所述氟鈦酸銨溶液和氨水溶液混合後所形成的混合液中氟鈦酸銨的摩爾濃度為0.2~0.4mol/L。
6.根據權利要求3所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:所述反應時間為8 ~16h0
7.根據權利要求3所述的三氟氧鈦酸銨的製備方法，其特徵在於:它還包括反應結束後，將反應液離心得到沉澱，然後將沉澱依次用水、無水乙醇洗滌，乾燥獲得三氟氧鈦酸銨粉體。
【文檔編號】C01G23/00GK103787408SQ201410015903
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】周磊, 郭豔娜, 吳雪靜 申請人:華中科技大學