CN101891974B - 一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法 - Google Patents

一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，以乙醇为溶剂，以柠檬酸为络合剂，聚乙二醇为分散剂，制成湿凝胶，再经干燥、发泡、煅烧之后得到TiO2亚微米球；将TiO2亚微米球超声分散在含SiO2的溶胶A中，在搅拌下水浴蒸发、干燥、发泡的过程中使得TiO2/SiO2两者复合，最后煅烧后制得TiO2/SiO2复合粉体。本发明方法的制备周期短，所得的TiO2/SiO2复合微球为大小为0.5～2μm的完整的球状，纯度和成品率高。

Description

一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法。
背景技术
二氧化钛具有无毒、无害、化学稳定性高、不透明、白度和光泽度优异及光催化活性好等特点，是一种优良的白色无机颜料和光催化剂，但由于二氧化钛禁带宽度大，需在近紫外光下才能激发产生电子空穴对，对太阳光利用率较小，且存在易聚集、易失活、难以回收再利用等缺点。另外，由于二氧化钛存在太强的光催化性，当作为涂料使用时，易造成漆膜黄变、粉化等现象，而TiO2/SiO2复合粉体恰能改善这些缺陷，从而拓宽二氧化钛的应用。
目前TiO2/SiO2复合材料的制备方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、化学气相沉积等。化学气相沉积法虽然具有周期短、成本较低等优点，但其TiO2/SiO2复合材料颗粒存在粒径分布较宽、不均匀、Si/Ti比不易控制以及组分难以混合均匀而导致产物化学组成不均匀等缺点。传统的溶胶-凝胶法的缺点在于成本较高、处理温度较高、原始粒子容易团聚长大。共沉淀法生产效率较低，产物不易分离控制，且杂质较多。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，该方法生产工艺简单、周期短、设备简单，所制备的TiO2/SiO2复合粉体为球状颗粒，形状规则、分散性较好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按1.5～2∶1的体积比配成乙醇溶液；然后按100ml乙醇溶液加入12～17g柠檬酸、2～3ml钛酸丁酯和3.5～5.6g聚乙二醇的比例，配制混合溶液；
将混合溶液在80～90℃水浴蒸发到得到湿凝胶，然后将湿凝胶在130℃～140℃下干燥发泡3～6h，形成干凝胶；再将干凝胶在600～900℃下煅烧2～6h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸溶于氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后按照正硅酸乙酯∶柠檬酸＝1∶1.5～2的摩尔比加入正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入氨水体积1/3～1/2的无水乙醇和柠檬酸质量1/3～1/2的聚乙二醇，加热到50～60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至7.0～8.0，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶5～7的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后在搅拌下80～90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在130～140℃干燥发泡3～5h后得到干凝胶，将干凝胶在600～700℃进行恒温煅烧，煅烧3～5h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
所述的氨水为体积浓度为25～28％的氨水。
所述的聚乙二醇的分子量为4000或6000。
所述的湿凝胶在空气氛围下进行干燥发泡。
所述的干凝胶在空气氛围下进行恒温煅烧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以钛酸丁酯原料，以乙醇为溶剂，以柠檬酸为络合剂，聚乙二醇为分散剂，制成湿凝胶，再经干燥、发泡、煅烧之后得到TiO2亚微米球；将TiO2亚微米球超声分散在溶胶A中，在搅拌下水浴蒸发、干燥、发泡的过程中使得含硅的干凝胶包覆于分散的TiO2亚微米球表面，最后煅烧后制得TiO2/SiO2复合粉体。所得的TiO2/SiO2复合微球为大小为0.5～2μm的完整球状，TiO2为球状颗粒的核心，SiO2复合在周围形成TiO2/SiO2复合微球。而且，所制备的TiO2/SiO2复合粉体并不影响TiO2的催化作用，而由于颗粒周围的SiO2的复合，使得复合颗粒不易发生硬聚团。
另外，本发明TiO2/SiO2复合粉体在此制备过程中不存在引入氯离子等杂质，无需抽滤清洗工艺以去除杂质，可缩短制备周期；在制备中所使用的络合物柠檬酸、聚乙二醇及原料引入的均为有机物质，在煅烧时可完全除去，而正硅酸乙酯、钛酸丁酯将全部转化产物，所制备的TiO2/SiO2复合粉体的纯度高、分散性较好，颗粒大小均匀，形貌完整，成品率高。
附图说明
图1为本发明制备的TiO2/SiO2复合微球的SEM照片，可以看出TiO2/SiO2复合粉体的颗粒为形貌完整的球形，颗粒大小为0.5～2μm。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按1.5∶1的体积比配成乙醇溶液；然后取100ml乙醇溶液加入12g柠檬酸、2ml钛酸丁酯和3.5g聚乙二醇，配制混合溶液；
将混合溶液在80℃水浴蒸发直至到得到白色的湿凝胶，然后将湿凝胶在130℃下干燥发泡6h，形成棕黑色的干凝胶；再将干凝胶在600℃下煅烧6h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入0.5mol的正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入100ml的无水乙醇和64.05g的聚乙二醇(PEG4000)，加热到50℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至8.0，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶5的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后，将溶胶A在搅拌下80℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在130℃干燥发泡3h后得到干凝胶，将干凝胶在600℃进行恒温煅烧，煅烧5h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
实施例2
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按2∶1的体积比配成乙醇溶液；然后取100ml乙醇溶液加入17g柠檬酸、3ml钛酸丁酯和5.6g聚乙二醇，配制混合溶液；
将混合溶液在90℃水浴蒸发直至到得到白色的湿凝胶，然后将湿凝胶在140℃下干燥发泡3h，形成棕黑色的干凝胶；再将干凝胶在900℃下煅烧2h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入0.67mol的正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入150ml的无水乙醇和96.07g的聚乙二醇(PEG4000)，加热到60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至7.0，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶7的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后，将溶胶A在搅拌下90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在140℃干燥发泡5h后得到干凝胶，将干凝胶在700℃进行恒温煅烧，煅烧3h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
实施例3
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按1.6∶1的体积比配成乙醇溶液；然后取100ml乙醇溶液加入15g柠檬酸、2.5ml钛酸丁酯和5.0g聚乙二醇，配制混合溶液；
将混合溶液在85℃水浴蒸发直至到得到白色的湿凝胶，然后将湿凝胶在135℃下干燥发泡5h，形成棕黑色的干凝胶；再将干凝胶在800℃下煅烧4h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为28％的300ml氨水中，然后加入0.62mol的正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入120ml的无水乙醇和80g的聚乙二醇(PEG4000)，加热到60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至7.2，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶6的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后，将溶胶A在搅拌下82℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在132℃干燥发泡4h后得到干凝胶，将干凝胶在650℃进行恒温煅烧，煅烧3.5h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
实施例4
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按1.8∶1的体积比配成乙醇溶液；然后取100ml乙醇溶液加入16g柠檬酸、2.2ml钛酸丁酯和4.5g聚乙二醇，配制混合溶液；
将混合溶液在86℃水浴蒸发直至到得到白色的湿凝胶，然后将湿凝胶在138℃下干燥发泡4h，形成棕黑色的干凝胶；再将干凝胶在680℃下煅烧3.5h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入0.55mol的正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入125ml的无水乙醇和75g的聚乙二醇(PEG4000)，加热到60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至7.4，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶6.5的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后，将溶胶A在搅拌下85℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在135℃干燥发泡3.8h后得到干凝胶，将干凝胶在620℃进行恒温煅烧，煅烧4.5h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
实施例5
一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和无水乙醇按2∶1的体积比配成乙醇溶液；然后取100ml乙醇溶液加入12.5g柠檬酸、2.4ml钛酸丁酯和5.2g聚乙二醇，配制混合溶液；
将混合溶液在82℃水浴蒸发直至到得到白色的湿凝胶，然后将湿凝胶在133℃下干燥发泡5h，形成棕黑色的干凝胶；再将干凝胶在720℃下煅烧4h后获得TiO2亚微米球；
2)将柠檬酸192.14g(1mol)溶于体积浓度为25％的300ml氨水中，然后加入0.50mol的正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入125ml的无水乙醇和70g的聚乙二醇(PEG4000)，加热到60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调PH值至7.6，得到溶胶A；
3)按照摩尔比为Si∶Ti＝1∶5.5的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后，将溶胶A在搅拌下85℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4)湿凝胶B在132℃干燥发泡3.4h后得到干凝胶，将干凝胶在660℃进行恒温煅烧，煅烧4h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。

Claims (5)

1.一种TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将去离子水和无水乙醇按1.5～2：1的体积比配成乙醇溶液；然后按100ml乙醇溶液加入12～17g柠檬酸、2～3ml钛酸丁酯和3.5～5.6g聚乙二醇的比例，配制混合溶液；
将混合溶液在80～90℃水浴蒸发到得到湿凝胶，然后将湿凝胶在130℃～140℃下干燥发泡3～6h，形成干凝胶；再将干凝胶在600～900℃下煅烧2～6h后获得TiO2亚微米球；
2）将柠檬酸溶于氨水中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，然后按照正硅酸乙酯：柠檬酸=1：1.5～2的摩尔比加入正硅酸乙酯，搅拌使正硅酸乙酯溶解；待溶解后，再依次加入氨水体积1/3～1/2的无水乙醇和柠檬酸质量1/3～1/2的聚乙二醇，加热到50～60℃搅拌使其完全溶解；用氨水调pH值至7.0～8.0，得到溶胶A；
3）按照摩尔比为Si：Ti=1：5～7的比例，将TiO2亚微米球超声分散于溶胶A中，分散完成后在搅拌下80～90℃水浴蒸发直至得到湿凝胶B；
4）湿凝胶B在130～140℃干燥发泡3～5h后得到干凝胶，将干凝胶在600～700℃进行恒温煅烧，煅烧3～5h后取出，得到TiO2/SiO2复合粉体。
2.如权利要求1所述的TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的氨水为体积浓度为25～28%的氨水。
3.如权利要求1所述的TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量为4000或6000。
4.如权利要求1所述的TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的湿凝胶在空气氛围下进行干燥发泡。
5.如权利要求1所述的TiO2/SiO2复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的干凝胶在空气氛围下进行恒温煅烧。
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