一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法
2023-05-24 21:28:16 1
一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法
【專利摘要】一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，屬於納米材料製備【技術領域】。其是將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物研磨均勻，然後將所得產物晶化；再自然冷卻至室溫後稀釋、抽濾、洗滌；然後向所得產物中加入濃硫酸和去離子水，靜置後再次抽濾洗滌至中性；最後乾燥、焙燒得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。本發明可以使反應裝置的體積大大減小，僅為採用水熱法的反應裝置體積的1/20～30，無需添加任何溶劑來傳熱傳質從而節省了大量的能源資源，極大的減少了對環境的汙染，大大減小了生產的勞動量和顯著的降低了設備成本和生產成本。
【專利說明】一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於納米材料製備【技術領域】，具體涉及一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法。
【背景技術】
[0002]二氧化鈦是一種光催化性能優良的材料，它不僅無毒而且價格相對低廉，原料來源又很豐富，在地球中豐度較高，其白度很高，廣泛應用於塗料行業，是耐高溫塗料的主要添加劑，它還是一種性能優異的半導體材料，是在光解水制氫和光降解有機汙染物領域裡應用最多的材料，是解決能源危機和環境汙染的理想材料，另外其在太陽能電池中常用作吸光材料，應用於塗料中可以達到自清潔的效果，並且在紫外光照射下能產生很好的殺滅細菌的效果。
[0003]綜合而言，二氧化鈦是一種應用很廣的材料，但是目前製備二氧化鈦的工藝大多採用水熱法、水解法、溶劑熱法或溶膠凝膠法，這些工藝方法普遍存在的問題是產生環境汙染和高能耗，製備工藝複雜，設備笨重龐大，製備成本高。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中製備二氧化鈦存在的諸多不足，本發明對無溶劑法合成二氧化鈦前軀體進行了深入研究，在付出了大量的原創性勞動後，進而完成了本發明。
[0005]本發明所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其步驟如下:
[0006](I)將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物研磨均勻；鈦粉與鹼金屬氫氧化物混合物的質量比是1:8?15 ;
[0007](2)將步驟⑴所得產物在180?230攝氏度條件下晶化18?36小時；
[0008](3)將步驟(2)晶化產物自然冷卻至室溫，稀釋後抽濾，並將抽濾產物洗滌至pH =7?8 ;
[0009](4)取步驟(3)所得的產物0.2?0.5克，向其中加入2?5毫升濃硫酸和10?20毫升去離子水，靜置6?12小時，之後再次抽濾並將抽濾產物洗滌至中性；
[0010](5)將步驟(4)產物乾燥後在400?500攝氏度下焙燒2?5小時，得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。
[0011]步驟(I)中所述的將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物研磨均勻是將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物放入研缽內，研磨20?30分鐘；所述的鹼金屬氫氧化物的混合物為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合，其質量比為I?5:1。
[0012]步驟(2)中是將步驟(I)所得產物轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180?230攝氏度的烘箱中晶化18?36小時。
[0013]步驟(3)中是加去離子水稀釋後抽濾，將抽濾產物用去離子水洗至pH = 7?8。
[0014]步驟(4)中濃硫酸的質量分數98?99%，所得產物是用去離子水洗滌至中性；
[0015]步驟(5)中是將步驟(4)產物乾燥(在70?90攝氏度條件下乾燥3?5小時)後放入400?500攝氏度的馬弗爐中焙燒2?5小時，升溫速度為2?5攝氏度/min，得到最終產物，經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表徵得知得到的最終產物的結晶性和形貌均較好的銳鈦礦二氧化鈦。
[0016]本發明可以使反應裝置的體積大大減小，僅為採用水熱法的反應裝置體積的1/20?30，無需添加任何溶劑來傳熱傳質從而節省了大量的能源資源，極大的減少了對環境的汙染，大大減小了生產的勞動量和顯著的降低了設備成本和生產成本，本發明是一項十分有意義的發明創造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1:實施例1?4產物XRD譜圖；
[0018]圖2:實施例4?8產物XRD譜圖；
[0019]圖3:實施例9產物XRD譜圖；
[0020]圖4:實施例2產物掃描電鏡照片；
[0021 ] 圖5:實施例3產物掃描電鏡照片；
[0022]圖6:實施例4產物掃描電鏡照片；
[0023]圖7:實施例5產物掃描電鏡照片；
[0024]圖8:實施例6產物掃描電鏡照片；
[0025]圖9:實施例9產物掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0026]下面通過具體的實施例對本發明進行詳細說明，但這些例舉性實施方式的用途和目的僅用來例舉本發明，並非對本發明的實際保護範圍構成任何形式的任何限定，更非將本發明的保護範圍局限於此。
[0027]實施例1
[0028](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0029](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化9小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0030](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋後取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;答:這還不沒有乾燥這時的質量有很大比例的水分所以沒稱量。
[0031](4)把步驟(3)的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數為98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0032](5)把步驟(4)的產物抽濾並用去離子水洗滌至中性得產物2，將產物2在80攝氏度條件下乾燥3小時，然後放入目標溫度為450攝氏度的馬弗爐中，升溫速率5攝氏度/分鐘，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.014克；
[0033](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(附圖XRD圖1中所示)可以看到最終產物3是結晶性不好的產物。
[0034]實施例2
[0035](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0036](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化18小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0037](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋後取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0038](4)把步驟(3)的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0039](5)把步驟(4)的產物抽濾洗滌至中性得產物2，將產物2放入80攝氏度乾燥3小時，然後放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.124克；
[0040](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖4所示)最終產物3的結晶性較好的和形貌非常規整的尺寸大小為200納米?I微米的銳鈦晶型條狀礦二氧化鈦。
[0041]實施例3
[0042](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0043](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化36小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0044](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋後取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0045](4)把步驟(3)的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0046](5)把步驟(4)的抽濾洗滌至中性得產物2，將產物2放入80攝氏度乾燥3小時，然後放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.300克；
[0047](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖5所示)最終產物3的結晶性更好的和形貌規整的尺寸為500納米?2微米的銳鈦礦條狀二氧化鈦。
[0048]實施例4
[0049](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0050](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0051](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋後取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0052](4)把步驟(3)的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0053](5)把步驟⑷的抽濾洗滌至中性得產物2，將產物2放入80攝氏度乾燥3小時，然後放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.518克；
[0054](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖6所示)最終產物3的結晶性非常好的和微觀形貌尺寸很大的納米管和納米顆粒混合型的銳鈦礦二氧化鈦。
[0055]實施例5
[0056](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0057](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0058](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0059](4)把步驟(3)的產物I轉移至燒杯中，向燒杯中加入2毫升質量分數65%的濃硝酸，再加入10毫升去離子水形成稀硝酸溶液(即形成稀硝酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0060](5)發現步驟(4)中的產物I被溶解了，將所得溶液放入80攝氏度的烘箱中乾燥12小時，將乾燥後得到的產物稱為產物2，再將產物2放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.504克；
[0061 ] (6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖2所示和圖7所示)最終產物3是結晶性不好並且是形貌不規整的銳鈦礦二氧化鈦。
[0062]實施例6
[0063](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0064](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0065](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0066](4)把步驟(3)中的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數37%的濃鹽酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀鹽酸水溶液浸泡產物I)，然後靜置6小時；
[0067](5)發現步驟(4)中的產物I被溶解了，將所得溶液放入80攝氏度的烘箱中乾燥12小時，將乾燥後得到的產物稱為產物2，再將產物2放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.498克；
[0068](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖2和圖8所示)最終產物3是有一定結晶性和無規則形貌的銳鈦礦二氧化鈦。
[0069]實施例7
[0070](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0071](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0072](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0073](4)把步驟(3)中的產物I轉移至燒杯中，然後向燒杯中加入12毫升去離子水，然後靜置6小時；
[0074](5)把步驟(4)中的抽濾洗滌得產物2，再將產物2放入80攝氏度乾燥3小時，然後放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3，質量為1.612克；
[0075](6)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(圖2所示)最終產物3是非結晶性產物。
[0076]實施例8
[0077](I)取1.5克鈦粉放入研缽內，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內，研磨20分鐘；
[0078](2)當研缽內研磨混合均勻時立即轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應釜自然冷卻至室溫；
[0079](3)把步驟(2)中反應釜內的產物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾並用去離子水洗至中性得產物I ;
[0080](4)把步驟(3)中的產物I轉移至燒杯中，在80攝氏度的烘箱中乾燥12小時，將乾燥後的產物I放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物3 ；
[0081](5)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表徵(圖2所示)最終產物3是的非結晶性產物，質量為1.624克。
[0082]實施例9
[0083](I)取1.5克鈦粉放入燒杯中，然後向燒杯中加入2毫升質量分數98.3%的濃硫酸和10毫升去離子水(即形成稀硫酸溶液)，靜置6小時得產物I ;
[0084](2)將步驟(I)中的產物I放入80攝氏度的烘箱中乾燥12小時；
[0085](3)將步驟⑵中的產物I放入設定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產物2，質量為1.008克；
[0086](4)經D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表徵(圖3和圖9所示)中可以看出得到的最終產物2是非結晶性的並且無規整形貌和有一定孔道的產物。
[0087]綜上製備實例，我們得出如下重要發現:
[0088](I)隨著反應時間從18?72小時的增加，由掃描電鏡圖看出最終產物的團聚越來越嚴重，但是，結晶性越來越好。
[0089](2)從酸的對比由XRD和掃描電鏡圖可以得出稀硫酸是最好後處理試劑，既可以得到結晶性很好的產物又可以得到較好的產物的形貌。
[0090](3)綜合以上因素，可以得出180攝氏度反應18小時，稀硫酸浸泡產物6小時，450攝氏度焙燒，可以得到既保持最佳的形貌，結晶性又可以，能耗最低，可以作為較為優化的工藝參數。
【權利要求】
1.一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其步驟如下: (1)將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物研磨均勻；鈦粉與鹼金屬氫氧化物混合物的質量比是1:8?15 ; (2)將步驟(I)所得產物在180?230攝氏度條件下晶化18?36小時； (3)將步驟(2)晶化產物自然冷卻至室溫，稀釋後抽濾，並將抽濾產物洗滌至pH= 7?8 ； (4)取步驟(3)所得的產物0.2?0.5克，向其中加入2?5毫升濃硫酸和10?20毫升去離子水,靜置6?12小時，之後再次抽濾並將抽濾產物洗滌至中性； (5)將步驟(4)產物乾燥後在400?500攝氏度下焙燒2?5小時，得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。
2.如權利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其特徵在於:步驟(I)中所述的將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物研磨均勻是將鈦粉與鹼金屬氫氧化物的混合物放入研缽內，研磨20?30分鐘；所述的鹼金屬氫氧化物的混合物為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合，其質量比為I?5:1。
3.如權利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其特徵在於:步驟(2)中是將步驟(I)所得產物轉入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中，將反應釜放入180?230攝氏度的烘箱中晶化18?36小時。
4.如權利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中是加去離子水稀釋後抽濾，將抽濾產物用去離子水洗至pH = 7?8。
5.如權利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中濃硫酸的質量分數98?99%，所得產物是用去離子水洗滌至中性。
6.如權利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的製備方法，其特徵在於:步驟(5)中是將步驟(4)產物在70?90攝氏度條件下乾燥3?5小時後放入400?500攝氏度的馬弗爐中焙燒2?5小時，升溫速度為2?5攝氏度/min，得到最終產物。
【文檔編號】C01G23/047GK104386741SQ201410617444
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月1日 優先權日:2014年11月1日
【發明者】張宗弢, 嶽新政, 王潤偉, 蔣尚, 倪玲, 易莎莎 申請人:吉林大學