3－10nm二氧化鈦TiO的製作方法
2023-11-07 09:15:37 1
專利名稱：3－10nm二氧化鈦TiO的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種尺寸僅為3～10nm的TiO2納米晶的光觸媒塗料的方法，屬於納米塗料領域。
背景技術：
二氧化鈦對人體無毒無害，耐酸鹼腐蝕。它有三種晶型板鈦礦型、銳鈦礦型和金紅石型，當它們晶粒較大時，它們的性質是不一樣的，但當二氧化鈦一次粒子粒徑小於10nm後，三種晶型的二氧化鈦吸收紫外光後產生的電子和空穴都會很快運動到粒子表面，與吸附在粒子表面的H2O和O2反應，生成羥基自由基和過氧負離子，從而產生良好地降解有機物，殺菌及病毒，氧化還原NOx、NH3、CO、SO2、甲醛、苯、甲苯、苯胺等有害氣體，使它們無害化。故都可作為光觸媒塗料中的光催化劑，而沒有長成晶體的非晶TiO2或膠溶生成的非晶則被作為塗料成膜粘合劑。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、工藝參數易於控制的3～10nm二氧化鈦TiO2納米晶光觸媒塗料的製備方法。
本發明的進一步目的是使工藝具有適合國情、原料來源豐富、價格低廉的優點。
本發明提供的技術方案是一種3～10nm二氧化鈦TiO2納米晶光觸媒塗料的製備方法，其特徵在於將硝酸氧鈦控制水解，生成3～10nm的TiO2納米晶和少量非晶團聚沉澱，分離沉澱，並用少許水洗滌後，將沉澱重新膠溶分散到水中，製成含TiO20.1～31％質量百分濃度的光觸媒塗料；硝酸氧鈦水解時的控制條件是(1)硝酸氧鈦水溶液的濃度控制在0.3～4摩爾/升範圍；(2)硝酸氧鈦水溶液酸度控制在0.1～6摩爾/升範圍；(3)常壓水解溫度為70～109℃，時間是0.1～2.5小時。
如上所述的製備方法，其特徵在於所述的硝酸氧鈦以偏鈦酸或硫酸氧鈦為原料製得，將偏鈦酸溶於濃硫酸製得硫酸氧鈦或者直接用市售硫酸氧鈦與無機鹼緩慢混合攪拌得正鈦酸沉澱，所得沉澱物經洗滌除去SO2-4後，用硝酸溶解它製成硝酸氧鈦，其控制條件是(1)無機鹼作硫酸氧鈦的沉澱劑，沉澱時PH控制在2～8.5之間，溫度在40℃以下；(2)溶解正鈦酸沉澱的硝酸濃度為2～23摩爾/升，溶解時溫度應控制在68℃以下。
如上所述的製備方法，其特徵在於非晶TiO2為全部TiO2的1-10％。
如上所述的製備方法，其特徵在於所用無機鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銨或氨及氨水。
如上所述的製備方法，其特徵在於常壓水解產生的納米晶，其晶型可以是板鈦礦型，銳鈦礦型、金紅石型或它們的混晶。
本發明的的製備方法由於僅用水解就同時得到了3～10nm的納米晶型TiO2和少量非晶型TiO2，使得光觸媒塗料的製備工藝簡單、工藝參數易於控制，具有特別顯著的技術效果。
本發明的的製備方法由於以偏鈦酸或硫酸氧鈦為主要原料製備3～10nmTiO2納米晶光觸媒塗料，其優點是適合國情，偏鈦酸或硫酸氧鈦原料來源豐富、價格低廉，製備所用的設備要求不高。
以硫酸氧鈦(或以偏鈦酸用硫酸溶解後製成硫酸氧鈦)為原料製備3～10nmTiO2納米晶光觸媒塗料為例，各流程具體工藝規範評述如下1、無機鹼作硫酸氧鈦的沉澱劑，沉澱時pH控制在2～8.5之間，當硫酸氧鈦與鹼混合時，應採用冰水浴降溫，或以冰加入溶液中降溫，並控制混合速度，使溫度控制在40℃以下，以防止沉澱正鈦酸脫水生成硝酸不溶物，影響下步溶解。所用的鹼可選擇氫氧化鈉，氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、氨等2、沉澱經過濾並洗滌到用Ba2+檢不到SO2-4時為止，所得的正鈦酸含TiO2量最好控制在8～23％(質量百分數)3、硝酸的濃度控制在2～23摩爾/升，酸度控制在0.1～6摩爾/升範圍，用硝酸溶解正鈦酸時應用冷卻方法控制溫度，防止溫度超過68℃，引起大量水解。
4、溶解後生成的硝酸氧鈦在水解前，濃度應控制在0.3～4摩爾/升範圍。
5、水解溫度和時間水解採用常壓水解，水解溫度為70～109℃，恆溫時間是0.1～2.5小時，使大部分水解產物為納米晶體，少部分水解產物為非晶態。
6、水解產物經分離，可採用板框壓濾、離心分離、真空抽濾、高壓壓濾等方法分離後，稍加水洗滌除去多餘酸，就得含水TiO2。
7、將上述含水TiO2重新分散到水中並讓它部分膠溶，配製成含TiO2質量百分數為0.1～35％的膠體液，分散的方法可採用超聲分散、乳化機分散、砂磨機分散、膠磨機分散等。
8、將上述膠體液的pH值調節在0.1～3.5，4.5～9.5之間，以避開二氧化鈦微粒的等電點，形成性能良好且有較強粘附力的光觸媒塗料。
9、取少量上述含水TiO2乾燥後，用XRD測量，雖然含有非晶但大部分已成晶體，用謝樂公式計算，它們的一次粒子粒徑在3～10nm之間。
本發明提供的一種以硝酸氧鈦(用偏鈦酸或硫酸氧鈦製得硝酸氧鈦)為主要原料製備尺寸僅為3～10nmTiO2納米晶光觸媒塗料方法的突出特點是1、該工藝適合國情、原料來源豐富、價格低廉。
2、製備工藝簡單、工藝參數易於控制，易於大規模生產。
3、產品的光催化性能好，能降解有機物、光化氣體、殺菌抗病毒。
4、由於用溶膠非晶TiO2作粘附成膜劑，附著能力強，故可塗在玻璃、牆壁、水泥面、瓷磚、金屬等物體表面上，應用廣泛。
具體實施例方式
下面通過實施例，進一步闡明本發明的突出特點和顯著進步，僅在於說明本發明而決不限制本發明。
實施例1將濃硫酸氧鈦加入水中，將濃度調節到0.4摩爾/升，將NaOH固體溶於水中，將濃度調節到1摩爾/升，在冰水浴下將兩者慢慢混合，溫度控制20℃以下，pH到5時停止，過濾後，用水洗到沉澱中用Ba2+檢不出SO2-4時為止，然後在正鈦酸沉澱中加入濃度為4摩爾/升的硝酸將其溶解，溫度控制在30℃以下，配製成含硝酸氧鈦為0.3摩爾/升，酸度為0.3摩爾/升加熱到75℃保持2小時，冷卻後過濾分離沉澱，將沉澱用少量水洗滌後取出，重新分散到水中去，膠溶配製成含TiO21％(質量百分濃度)pH8.5的塗料，將該塗料塗在瓷磚上，乾燥後，塗上有機顏料放在陽光下，3小時後顏色基本消失。將少量沉澱乾燥後用XRD測量，基本為銳鈦礦型+板鈦礦型，也有部分非晶，用謝樂公式計算，其平均粒徑為6nm左右。
實施例2將濃硫酸氧鈦加入水中，將濃度調成0.8摩爾/升，再將濃度為2摩爾/升的碳酸鉀溶液與之在冰浴中混合，溫度控制到30℃以下，pH3時終止，將沉澱過濾，洗滌到檢不出SO2-4後，在沉澱中加入濃度為10摩爾/升硝酸，將其溶解，配製成含硝酸氧鈦為2摩爾/升的溶液，酸度為3摩爾/升控制溫度為50℃左右，然後加熱到100℃保溫1小時，冷卻後，分離沉澱，並用少量水洗滌沉澱後，將沉澱重新膠溶分散到水中，配製成含TiO210％(質量百分濃度)，pH2塗料。將該塗料塗在瓷磚上，乾燥後，塗上有機顏料後放在陽光下，2小時後，顏色基本消失。取少量沉澱用XRD測量，其基本為銳鈦礦型，有部分非晶TiO2用謝樂公式計算其晶體平均粒徑為4.8nm左右。
實施例3將濃硫酸氧鈦加入水中，將濃度調成1.2摩爾/升，再將6摩爾/升的氨水與之在加冰條件下混合，溫度控制在40℃以下，pH8終止時，將沉澱過濾，洗淨SO2-4後，加入濃度為23摩爾/升的濃硝酸將其溶解，溫度控制在65℃以下，再將其配製成3.5摩爾/升的硝酸氧鈦溶液後，酸度控制在5摩爾/升，加熱到108℃保溫0.2小時後，降溫冷卻到室溫，抽濾，並用少量水洗滌後，將沉澱重新膠溶分散到水中，配製成含TiO230％(質量百分數)pH＝1的塗料，將該塗料塗在瓷板上，乾燥後，塗上有機顏色，放在陽光下曬1.5小時後，顏色基本消失。取少量沉澱乾燥後用XRD測量，粉體基本是銳鈦礦型、少量金紅石型，也有部分非晶態，用謝樂公式計算，其一次粒子平均粒徑約3.8nm左右。
該塗料可塗在玻璃、牆壁、瓷磚、水泥道路兩邊或金屬表面，在紫外光的作用下，降解有機物、光化氣體、殺菌抗病毒等。
權利要求
1.3～10nm二氧化鈦TiO2納米晶光觸媒塗料的製備方法，其特徵在於將硝酸氧鈦控制水解，生成3～10nm的TiO2納米晶和少量非晶團聚沉澱，分離沉澱，並用少許水洗滌後，將沉澱重新膠溶分散到水中，製成含TiO20.1～31％質量百分濃度的光觸媒塗料；硝酸氧鈦水解時的控制條件是(1)硝酸氧鈦水溶液的濃度控制在0.3～4摩爾/升範圍；(2)硝酸氧鈦水溶液酸度控制在0.1～6摩爾/升範圍；(3)常壓水解溫度為70～109℃，時間是0.1～2.5小時。
2.按權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的硝酸氧鈦以偏鈦酸或硫酸氧鈦為原料製得，將偏鈦酸溶於硫酸製得硫酸氧鈦，或者直接用市售硫酸氧鈦與無機鹼緩慢混合攪拌得正鈦酸沉澱，所得沉澱物經洗滌除去SO2-4後，用硝酸溶解它製成硝酸氧鈦，其控制條件是(1)無機鹼作硫酸氧鈦的沉澱劑，沉澱時PH控制在2～8.5之間，溫度在40℃以下；(2)溶解正鈦酸沉澱的硝酸濃度為2～23摩爾/升，溶解時溫度應控制在68℃以下。
3.按權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於非晶TiO2為全部TiO2的1-10％。
4.按權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所用無機鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銨或氨及氨水。
5.按權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於常壓水解產生的納米晶，其晶型可以是板鈦礦型，銳鈦礦型、金紅石型或它們之間的混晶。
全文摘要
本發明涉及一種3～10nm二氧化鈦TiO
文檔編號C09D1/00GK1583888SQ20041001330
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月16日 優先權日2004年6月16日
發明者龔楚清, 鍾家檉, 羅其榮, 昝菱, 萬婕 申請人:武漢大學