CN100448783C - 一种制备锐钛矿型纳米TiO2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种制备锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：称取一定质量的偏钛酸湿物料，加到蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入Na2CO3水溶液，直到pH等于9～11；加入上述碱液以后，一边搅拌，一边加入含羧基的有机物或者甘油作为修饰剂，在50～80℃老化；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸，加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化1h以上，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在130～160℃反应10h以上后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。其具有反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。

Description

一种制备锐钛矿型纳米TiO2的方法
技术领域
本发明涉及一种制备锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，以偏钛酸为原料、含羧基的有机物或者甘油作为修饰剂制备出了锐钛矿型纳米TiO2。
背景技术
纳米二氧化钛广泛应用于各种领域，例如环境净化、光电转换、抗雾化、表面自洁、颜料、化妆品和光催化等。有许多合成纳米二氧化钛的方法，例如四氯化钛火焰氧化法、反胶结晶法、超临界CO2结晶法、光辅助溶胶-凝胶法、聚合物模板法、水热合成法。这些方法通常用醇钛盐、四氯化钛和硫酸钛等作为起始反应物。不同的合成过程制备出的纳米二氧化钛的物理化学性质也不同。上述方法各有其缺陷，有的工艺流程复杂，原料成本过高；有的反应剧烈，难以控制；有的制备出的纳米二氧化钛的粒径分布不均匀。
发明内容
本发明的目的是提出了一种制备锐钛矿型纳米TiO2的方法，其反应易于控制、成本低、工艺和流程简便。
实现上述目的的技术方案，其特征在于：
称取一定质量的偏钛酸湿物料，加到蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入Na2CO3水溶液，直到pH等于9～11；加入上述碱液以后，一边搅拌，一边加入柠檬酸、草酸、丁二酸、甲酸、乙酸、月桂酸、苯甲酸或者甘油作为修饰剂，在50～80℃老化；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸，加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化1h以上，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在130～160℃反应10h以上后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。
上述一种制备锐钛矿型纳米Ti02的方法，可以在偏钛酸湿物料中加入锐钛矿型纳米Ti02晶种，使得反应效果更好。
用此方法制备的锐钛矿型纳米二氧化钛，颗粒粒径小，颗粒粒径大小在15nm～110nm之间。本方法具有反应条件温和、反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。
附图说明
图1：甘油为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图2：柠檬酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图3：草酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图4：丁二酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图5：甲酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图6：乙酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图7：月桂酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
图8：苯甲酸为表面修饰剂的锐钛矿型纳米二氧化钛产品的原子力显微照片
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施例1
称取偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于9；加入碱液以后，一边搅拌，一边加入2.3g甘油，在50℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为18mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液的pH值为0.1，然后在室温下老化1.5小时；将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在130℃反应18h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图1，经原子力显微镜分析，粒径在20～100纳米，平均粒径64纳米。
实施例2
称取含有1％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于10；加入碱液以后，一边搅拌，一边加入3.6g柠檬酸。在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为19mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化2小时；将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在140℃反应16h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图2，经原子力显微镜分析，粒径在20～80纳米，平均粒径46纳米。
实施例3
称取含有2％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于11；加入碱液以后，一边搅拌，一边加入3.375g草酸，在70℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为17mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化3小时；将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，150℃反应14h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图3，经原子力显微镜分析，粒径在15～55纳米，平均粒径33纳米。
实施例4
称取含有3％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于9，加入碱液以后，一边搅拌，一边加入4.425g丁二酸；在80℃老化1h。用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率18mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1；然后在室温下老化4小时，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在160℃反应13h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图4，经原子力显微镜分析，粒径在5～40纳米，平均粒径21纳米。
实施例5
称取偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH等于10；加入碱液以后，一边搅拌，一边加入3.45g甲酸，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于18mS/m.，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化3小时，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在150℃反应12h.后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图5，经原子力显微镜分析，粒径在45～110纳米，平均粒径76纳米。
实施例6
称取含有1％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升Na2CO3水溶液，直到pH等于11；加入碱液以后，一边搅拌，一边加入4.5g乙酸，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为16mS/m。将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化3小时，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在140℃反应15h.后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图6，经原子力显微镜分析，粒径在30～90纳米，平均粒径57纳米。
实施例7
称取含有2％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于10，加入碱液以后，一边搅拌，一边加入15g月桂酸，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为15mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化3小时，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在150℃反应18h.后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品如图7，经原子力显微镜分析，粒径在15～60纳米，平均粒径31纳米。
实施例8
称取含有3％的锐钛矿型纳米二氧化钛晶种的偏钛酸湿物料127.3g，加到500ml蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入浓度为2.1摩尔/升的Na2CO3水溶液，直到pH值等于10，加入碱液以后，一边搅拌，一边加入9.15g苯甲酸，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为19mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化3小时，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在140℃反应13h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。产品经如图8，原子力显微镜分析，粒径在20～55纳米，平均粒径36纳米。

Claims (2)

1.一种制备锐钛矿型纳米TiO2的方法，其特征在于：称取一定质量的偏钛酸湿物料，加到蒸馏水中，配制成偏钛酸悬浮液，然后逐滴加入Na2CO3水溶液，直到pH等于9～11；加入上述碱液以后，一边搅拌，一边加入柠檬酸、草酸、丁二酸、甲酸、乙酸、月桂酸、苯甲酸或者甘油作为修饰剂，在50～80℃老化；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，将按上述方法处理后的偏钛酸，加入硝酸和蒸馏水直到偏钛酸混合溶液pH值为0.1，然后在室温下老化1h以上，将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在130～160℃反应10h以上后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种制备锐钛矿型纳米TiO2的方法，其特征在于：在偏钛酸湿物料中加入锐钛矿型纳米TiO2晶种。
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