CN100457634C - 在聚乙二醇体系中低温制取纳米二氧化钛晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在聚乙二醇体系中低温制取纳米二氧化钛晶体方法。其步骤是将聚乙二醇与Ti(NO3)4溶液混合，形成溶胶，在55-65℃下加热该溶胶体系，随后冷却降温，通过过滤得到凝胶沉聚物；凝胶沉聚物在50℃下真空干燥，然后在80-100℃下真空再干燥，得到干胶，此时前驱物在干胶中分解成纳米二氧化钛晶体；温水洗涤干胶后，聚乙二醇可溶于水，同时得到纳米二氧化钛沉淀，经过滤后得到目标产物。本发明具有使聚乙二醇(PEG)可循环使用3～4次以及纳米TiO2的平均直径约为4nm，为锐钛矿晶型，颗粒均匀性和分散性良好，并且产率达90%等显著优点。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种无机材料的制备方法，特别是一种在聚乙二醇(PEG)体系中低温制取纳米二氧化钛(TiO2)晶体方法。
二、背景技术
溶胶-凝胶法是一种十分重要的制备无机陶瓷的手段，随着纳米科技的迅速发展，这一方法又被引入无机纳米晶的化学制备研究之中，并不断被赋予新的内涵，如今它已成为被研究得最多、最为广泛的制备纳米材料的化学方法之一。
传统的溶胶-凝胶法是纳米二氧化钛制备的常用方法。该方法通常通过高温焙烧法得到目标产物，高温焙烧的作用主要有两点，一是促使前驱体的分解，二是可以提高目标产物的结晶度。但高温焙烧过程存在着促使无机纳米晶团聚、粒径增大、能耗高、以及污染大气环境等问题。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种原材料利用率高、能耗低、污染少的在聚乙二醇体系中低温制取纳米二氧化钛晶体的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种在聚乙二醇体系中制取纳米二氧化钛晶体方法，其特征在于按下列步骤进行：将聚乙二醇与Ti(NO3)4溶液混合，形成溶胶，在55-65℃下加热该溶胶体系，随后冷却降温，通过过滤得到凝胶沉聚物；凝胶沉聚物在50℃下真空干燥，然后在80-100℃下真空再干燥，得到干胶，此时前驱物在干胶中分解成纳米二氧化钛晶体；温水洗涤干胶后，聚乙二醇可溶于水，同时得到纳米二氧化钛沉淀，经过滤后得到目标产物。
本发明的原理是：采用PEG作为凝胶的主形成剂，同时它又是纳米TiO2晶体的稳定剂，当Ti(NO3)4与PEG在水相中混合时，形成的稳定体系为溶胶，随后加热该溶胶，Ti(NO3)4水解成TiO(NO3)2·H2O，后者可强化与PEG分子链的交联，从而形成凝胶沉聚物。PEG分子链可与TiO2纳米晶的前驱体、过渡态通过化学键或者是超分子作用力相互结合，以阻止晶体的随意性生长，调控TiO2纳米晶的尺寸大小、均匀性、分散程度、几何形状等多种品质参数。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)将所得TiO2纳米晶(直径：约为4nm)作起始性物质，将其进行热处理，通过控制温度或加热时间实现对其平均粒径有目的的控制，而使聚乙二醇(PEG)可循环使用3～4次；(2)根据X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)和透射电子显微镜(TEM)等进行测试，结果表明纳米TiO2的平均直径约为4nm，为锐钛矿晶型，颗粒均匀性和分散性良好，并且产率达90％。
四、附图说明
附图是本发明聚乙二醇(PEG)体系中低温制取纳米二氧化钛晶体方法及稳定剂的回收再利用流程图。
五、具体实施方式
实施例1：
步骤1，将90gTi(SO4)2固体溶于去离子水，向该溶液中滴加120mL25％的氨水溶液，将Ti(OH)4沉淀过滤，洗涤2～3次后加入240mL 40％HNO3溶液，最终得到Ti(NO3)4溶液；
步骤2，将5gPEG/20mL水(PEG，分子量：1000-40000)与上述溶液混合，形成溶胶，在57.5±2.5℃下加热该溶胶体系，该体系在室温下静置3h后得到凝胶沉淀；
步骤3，过滤上述凝胶沉淀，在50℃下真空干燥该凝胶沉淀物5h；
步骤4，随后继续在85±5℃下真空再干燥得干凝胶；
步骤5，将干凝胶混合物TiO2/PEG在热水中浸泡，PEG可溶于水，沉淀物即为纳米TiO2；
步骤6，将所得滤液蒸发，剩余固体PEG可作为原料再次使用；
由于整个制备过程所需温度较低，最终产物TiO2的直径较小，约为4nm。
本发明将所得TiO2纳米晶(直径：约为4nm)作起始性物质，将其进行热处理，通过控制温度或加热时间实现对其平均粒径有目的的控制。PEG可循环使用3～4次。
实施例2：
步骤1，同实施例1；
步骤2，同实施例1；
步骤3，同实施例1；
步骤4，随后继续在95±5℃下真空再干燥得干凝胶；
步骤5，同实施例1；
步骤6，同实施例1。
实施例3：
步骤1，同实施例1；
步骤2，将5gPEG/20mL水(分子量为1000-40000)与上述溶液混合，形成溶胶，在62.5±2.5℃下加热该溶胶体系，该体系在室温下静置3h后得到凝胶沉淀；
步骤3，同实施例1；
步骤4，同实施例1；
步骤5，同实施例1；
步骤6，同实施例1。
实施例4：
步骤1，同实施例1；
步骤2，将5gPEG/20mL水(分子量为1000-40000)与上述溶液混合，形成溶胶，在62.5±2.5℃下加热该溶胶体系，该体系在室温下静置3h后得到凝胶沉淀；
步骤3，同实施例1；
步骤4，随后再在95±5℃下真空干燥得干凝胶；
步骤5，同实施例1；
步骤6，同实施例1。
Claims (4)
1、一种在聚乙二醇体系中制取纳米二氧化钛晶体方法，其特征在于按下列步骤进行：将聚乙二醇与Ti(NO3)4溶液混合，形成溶胶，在55-65℃下加热该溶胶体系，随后冷却降温，通过过滤得到凝胶沉聚物；凝胶沉聚物在50℃下真空干燥，然后在80-100℃下真空再干燥，得到干胶，此时前驱物在干胶中分解成纳米二氧化钛晶体；温水洗涤干胶后，聚乙二醇可溶于水，同时得到纳米二氧化钛沉淀，经过滤后得到目标产物。
2、根据权利要求1所述的在聚乙二醇体系中制取纳米二氧化钛晶体方法，其特征在于将PEG与水相溶后，再与Ti(NO3)4溶液混合。
3、根据权利要求1或2所述的在聚乙二醇体系中制取纳米二氧化钛晶体方法，其特征在于在50℃以下进行真空干燥，然后进行后续真空再干燥。
4、根据权利要求1或2所述的在聚乙二醇体系中制取纳米二氧化钛晶体方法，其特征在于洗涤、过滤并且蒸发滤液后得到的PEG可回供作为原料使用。
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| 液相法制备纳米TiO2 微粒的研究进展. 吴迎春.盐城工学院学报，第14卷第4期. 2001 |
| 液相法制备纳米TiO2 微粒的研究进展. 吴迎春.盐城工学院学报，第14卷第4期. 2001 * |
| 聚乙二醇法制备纳米TiO2及应用. 张梅.航天工艺，第6期. 2001 |
| 聚乙二醇法制备纳米TiO2及应用. 张梅.航天工艺，第6期. 2001 * |
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