CN101654280B - 一种二氧化钛纳米粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，其步骤为：固体石蜡加热到熔融状态，将钛酯滴到熔融的石蜡中，充分搅拌均匀，然后室温冷却得到分散有钛酯的石蜡块体，将分散有钛酯的石蜡块体其放入水中，在加热搅拌下，随着石蜡的熔融，钛酯缓慢释放出来，在水介质中水解，形成分散均匀的乳液，经静置，冷却，分层后，取出石蜡凝结块，对溶液进行离心分离处理，所得产物在马弗炉中煅烧，得到纳米二氧化钛粉体。该方法利用石蜡的凝固和融化来控制整个反应过程，不需要加入其它任何有机的表面活性剂和分散剂，简单易控，绿色环保，而且石蜡能重复利用，尤其适合连续化生产。制备的产物纯度较高，颗粒的微观形貌尺寸均匀，分散性良好。

Description

一种二氧化钛纳米粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

二氧化钛是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨印刷、化纤、橡胶、化妆品等工业。

纳米二氧化钛是一种新型的无机材料，粒径为10～100nm，相当于普通钛白粉粒径的1/10，由于纳米二氧化钛具有很强的吸收紫外线能力、奇特的颜色效应、较好的热稳定性、化学稳定性和优良的光学、电学及力学等方面的特性，其中锐钛矿型具有较高的催化效率，金红石型结构比较稳定具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。因此在催化剂载体、紫外线吸收剂、高效光敏催化剂、防晒护肤化妆品、塑料薄膜制品、水处理、精细陶瓷生态陶瓷及气敏传感器元件等领域具有广泛和潜在的应用前景。

目前，制备纳米二氧化钛的方法很多，分类的方法也不同，有的根据有无液相分为干法和湿法两种。所述的干法，即制备过程中没有液相过程，主要有物理粉碎法和化学气相沉积法；湿法则在制备过程中有溶液存在。而更多的是根据物理性质，分为固相法、气相法、液相法。固相法包括高能球磨法、机械粉碎法等，应用较少。气相法包括等离子体法、激光化学法、溅射法、气相水解法。液相法包括水热法、水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法等。气相法可制得晶型结构好，纯度高，粒径分布均匀的纳米二氧化钛，且重复性好。但气相法一般需要高温反应，这也就决定了它对设备的要求较高，投资较大，操作条件较苛刻，而液相法的反应条件则较易实现，因此，现多采用液相法制备纳米二氧化钛。

绝大部分利用液相法制备纳米二氧化钛的技术，都需要用无机酸、碱来调节体系的pH值，这不仅使制备过程复杂化，并且增加了成本，更重要的是所排放的废水对环境有害。

中国发明专利CN1752016A公开了一种新型的纳米二氧化钛粉体制备方法，采用固-固相转化的方法，将相应量的钛源的盐酸加入到适量碱性物质的水溶液中，控制体系pH为7～8，此时有白色的Ti(OH)₄沉淀生成，沉淀经过过滤洗涤后，加入适量的有机酸，充分混合，获得前驱物。在空气中煅烧，通过不同的煅烧温度可以得到不同晶型的纳米二氧化钛粉体。

但是也有液相法不需要调节pH值，如：中国发明专利CN1192992A公开了一种制备纳米级二氧化钛的新方法，以H₂TiO₃为原料，尿素为均匀沉淀剂，在95-110℃下水解反应2～4小时，将合成的中间沉淀Ti(OH)₂在800～1000℃下煅烧，得到纳米二氧化钛粉体，工艺简单，不需要加酸、碱调节pH值，但是所用沉淀剂尿素为有气味的有机物，不仅对产物提纯带来一定难度，而且对环境有害。中国发明专利申请CN101279765A公开了一种锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法，以去离子水与无水乙醇混合物作溶剂，硫酸钛、柠檬酸、聚乙二醇为原料配置前驱物，经水浴、干燥发泡、600℃煅烧制得锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的方法，其制备周期短，产率高，工艺简单，所得产物为实心球形，纯度高，分散好。但是所用聚乙二醇和柠檬酸都是有机物，不仅对产物提纯带来一定难度，同样也不利于环保。

除了液相法之外，也有比较多的技术是用气相法制备纳米二氧化钛粉体的。如：中国发明专利CN1245144A公开了一种纳米二氧化钛的制备方法，采用以可燃气体与过量的氧气燃烧，生成高温的含氧气流，然后再与经过预热的气态TiCl₄呈一定的角度混合，使反应在高速流动下进行，同时采用外部激冷的方法，使反应物迅速冷却，从而获得高金红石含量的纳米级二氧化钛。该工艺对设备的要求比较高，并且可燃气体与氧气燃烧这一过程存在一定的危险性，不适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种步骤简单、绿色环保的纳米二氧化钛粉体制备新工艺。

实现本发明目的所采用的技术方案是：一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将固体石蜡加热到熔融状态，搅拌加入钛酯，分散均匀后冷却，得到含钛酯的石蜡块体，其中，钛酯与石蜡的质量比为1∶1～1∶10；

(2)将上述石蜡块体放入水中，加热、搅拌，使石蜡块体缓慢熔融直到完全熔融，钛酯缓慢释放于水中，水解后形成分散均匀的乳液体系；

(3)将上述乳液体系冷却、静置1～3小时，分层后形成石蜡凝结块和絮凝状分散体系溶液；

(4)取出石蜡凝结块后，对所剩的絮凝状分散体系溶液进行离心分离处理，所得的固体物经自然晾干后在温度为500～800℃的马弗炉中煅烧，得到纳米二氧化钛粉体。

所述的钛酯为钛酸四甲酯、钛酸四丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯或它们的任意组合。

优选的技术方案，步骤(2)中的加热温度为60～100℃。

本发明的突出优点是：

1.利用石蜡的室温凝固和升温融化来控制整个反应过程，不需要加入其它任何有机的表面活性剂和分散剂，步骤简单易控，不需特殊专用设备，整个工艺绿色环保，而且石蜡能重复利用，降低了成本，达到了节能减排的要求，适合工业化生产。

2.制备的产物纯度较高，颗粒的微观形貌尺寸均匀，分散性良好。

附图说明

图1是按本发明实施例1技术方案所制备的纳米TiO₂粉体的X衍射图；

图2是按本发明实施例1技术方案所制备的纳米TiO₂粉体的透射电镜图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

称取10g固体石蜡，加热到65℃直到石蜡完全熔融。量取20g钛酸丁酯，与熔融的石蜡在搅拌作用下均匀混合，边搅拌边冷却，得到分散有钛酸丁酯的石蜡块体。将分散有钛酸丁酯的石蜡块体放入水中，在65℃下边加热边搅拌，直至石蜡完全熔融，熔融过程中钛酸丁酯则缓慢释放出来，与水发生水解作用形成分散均匀的乳液。然后静置，冷却到室温，乳液出现分层，石蜡在水面上凝结成块，而生成的絮凝状固体缓慢下沉到烧杯的底部，形成沉淀。等到没有絮凝状物质下沉时，将蜡块取出，剩下的溶液离心分离，将所得固体自然晾干，在温度为500℃的马弗炉中煅烧，即得到锐钛矿纳米二氧化钛粉体。

参见附图1，它是按本实施例1技术方案制备的TiO₂纳米粉体X衍射图，由图结果显示：位于25.3与37.8的特征峰分别对应[101]，[004]晶面，表明产物为锐钛矿相的TiO₂粉体。

参见附图2：它是按本实施例1技术方案制备的TiO₂纳米粉体的透射电镜图，由图可知，产物为颗粒状，直径约为30nm，尺寸分布较均匀。

实施例2：

称取10g固体石蜡，加热到65℃直到石蜡完全熔融。量取30g钛酸四甲酯，与熔融的石蜡在搅拌作用下均匀混合，边搅拌边冷却，得到分散有钛酸四甲酯的石蜡块体。将分散有钛酸四甲酯的石蜡块体放入水中，在65℃下边加热边搅拌，直至石蜡完全熔融，熔融过程中钛酸四甲酯则缓慢释放出来，与水发生水解作用形成分散均匀的乳液。然后静置，冷却到室温，乳液出现分层，石蜡在水面上凝结成块，而生成的絮凝状固体缓慢下沉到烧杯的底部，形成沉淀。等到没有絮凝状物质下沉时，将蜡块取出，剩下的溶液离心分离，将所得固体自然晾干，在温度为800℃的马弗炉中煅烧，即得到金红石纳米二氧化钛粉体。

Claims (2)

1.一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

(1)将固体石蜡加热到熔融状态，搅拌加入钛酯，分散均匀后冷却，得到含钛酯的石蜡块体，其中，钛酯与石蜡的质量比为1∶1～1∶10；所述的钛酯为钛酸四甲酯、钛酸四丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯或它们的任意组合；

(2)将上述石蜡块体放入水中，加热、搅拌，使石蜡块体缓慢熔融直到完全熔融，钛酯缓慢释放于水中，水解后形成分散均匀的乳液体系；

(3)将上述乳液体系冷却、静置1～3小时，分层后形成石蜡凝结块和絮凝状分散体系；

(4)取出石蜡凝结块后，对所剩的絮凝状分散体系进行离心分离处理，所得的固体物经自然晾干后在温度为500～800℃的马弗炉中煅烧，得到纳米二氧化钛粉体。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的加热温度为60～100℃。

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