CN102887543B - 一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法，利用绿色资源水作为单一的溶剂，钛酸四丁酯、二氧化钛、硫酸氧钛、偏钛酸、硫酸钛、四氯化钛之一为钛源，氨水或尿素为中和剂，硝酸铵为助燃剂，所述硝酸铵采用氨水和硝酸引入或单独加入，乳酸同时作为稳定剂、螯合剂、膨化剂及造孔剂，利用水基溶胶-凝胶法，室温下配制溶胶，溶胶调pH、除溶剂后得乳黄色不透明状凝胶，凝胶经过自燃、膨化、造孔后得纳米自燃物，自燃物在500~800℃下热处理0.5~1小时后，即制备出不同晶相结构的二氧化钛纳米粉体。所制备粉体均呈无团聚、纳米薄层多孔状、孔分布均匀、孔道均一、具有较大比表面积。

Description

一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化钛粉体的制备技术，尤其涉及一种水基溶胶-凝胶法制备二氧化钛无团聚纳米粉体的技术。属于功能材料及采用绿色化环境协调型技术生产纳米粉体的领域。

背景技术

二氧化钛因具有优异的物理、化学、介电等性能，广泛应用于化工、材料、冶金、陶瓷、电子等诸多领域，其消费量逐年递增，已成为衡量一个国家工业化指标之一。然而自二氧化钛应用至今，其粉体的工业化生产主要采用传统的固相法，上承硫酸法和氯化法，下遵循物理法的研磨原理，其致命的缺点：工序繁杂，粉体粗糙，颗粒均匀性差，形态不规则，粉体团聚严重，比表面积较小，产品质量的不稳定等，仅能获得微米和亚微米的颗粒粉体，较大的限制了其应用的范围。高质量的二氧化钛粉体不仅能提高其应用价值，而且可以极大的拓展二氧化钛的应用领域，但是其粉体需同时具备：形态规则、分布均匀、不团聚、纳米化、较大的比较面积等优点，此对二氧化钛粉体制备技术提出了一个颇具挑战性的课题，很明显，传统的固相法并不能满足高质量粉体的生产要求。

为此，近代以来，世界上大量科研工作者投身于新型二氧化钛粉体制备技术的研究中，并取得了一系列的研究成果，主要为物理法和化学法，诸如：溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、微乳法、模板法、胶束和反胶束法、气相沉积法、超声法、微波法等；在此基础上，为了进一步提高二氧化钛的比表面积，增加材料的利用率，又开发了众多的二氧化钛薄膜制备技术，例如：溶胶-凝胶法、化学气相法、等离子喷涂法、液相沉积法、射频和中频交流自控溅射法等都极大的增加了二氧化钛材料的表面积，提高了材料的性能。但是一种新型制备技术是否适用于工业化的宏观大规模生产，并不是由制备技术和制备效果决定的，而是由工业化的标准决定的。适用于工业化的生产技术，要求具有较高的可行性，其特点：低成本、高效益、流程和设备简单、易操作、工程安全系数高、环境协调型、短时间内投产、适用小中大多级规模生产、高质量产品等。由此观之，数十年来涌现的各类新型制备技术，均不适用于二氧化钛粉体的工业化生产，此正是当今二氧化钛粉体的工业化生产依旧采用固相法的关键因素。

在诸多的新型制备技术中，根据它们制备技术的特点及采用的设备，发现最具接近工业化的标准仅有：溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法。

（1）溶胶-凝胶法作为一种研究较早的技术，其在多种化合物粉体制备技术上，得以最广泛的研究。其优点：纳米粉体、组份均一、易于复合、计量准确、反应条件温和、流程和设备简单，工程安全系数高等，是一种极有潜力制备出高质量二氧化钛粉体的技术，并且溶胶-凝胶法适宜大面积制备薄膜类材料，是一种最趋近于工业化标准的方法。但是溶胶-凝胶法终究是一种难以实用化的制备技术，其致命缺点：大量采用有机溶剂及原料，造价昂贵，污染度较高，稳定性较差，粉体易团聚、难操作、重复性差等，使其从诞生至今一直局限于科学研究，难以走上工业化。然而溶胶-凝胶法仍不失为一种探索新型宏观粉体制备技术的基石。

（2）利用水热法制备二氧化钛纳米粉体，其优点：纯度高、分散性好、形态规则、不需要煅烧、绿色化的水基反应等，但是其高温高压的反应条件对设备要求苛刻，矿化剂的存在要求耐腐蚀的内衬，技术难度较大，安全系数较差，造成其综合成本居高不下，同时此类方法难以大面积制备二氧化钛薄膜类材料，应用范围有一定的局限性。但是水热法具备的独特的水基反应让其有潜力实现二氧化钛纳米粉体制备技术的绿色化。

（3）沉淀法制备二氧化钛粉体的技术，以其工艺条件简单、流程较短、低成本等优点，使其颇有工业化的前景，但是此工艺在制备纳米粉体上依旧具有一定的局限性，粉体颗粒不易控制、易团聚、比表面积较小等，难达到生产高质量粉体的目的。

粉体的造孔技术，因可使粉体获得＜1μm的孔道，而极大的增加其比表面积，反向的改善了由粉体团聚所带来的比较面积缩小的问题，该技术的报道较多，可行性较强，有很强的实用价值。粉体造孔技术，需要添加一定量的造孔剂，造孔剂主要采用含碳、氮等元素的各类化合物，经多道工艺使其与粉体混合均一，然后高温烧掉造孔剂产生的气体给粉体带来一定的孔隙，实现多孔粉体的制备。但是现有的造孔技术都有其致命的缺点：粉体粗糙，制孔剂与粉体难以混合均一，工序较多，设备繁琐，孔隙率较难控制等。然而造孔剂技术在宏观上一定程度的改善了粉体团聚所带来的比表面积缩小的问题，是众多新兴粉体制备技术中最为实用的一个。

二氧化钛薄膜制备技术，因将材料的厚度缩小到纳米尺寸范围，使材料的比表面积获得数倍的增加，极大提高了材料的利用率，近年来，新兴的多孔薄膜制备技术，更是让二氧化钛材料的表面积获得指数倍的增加，且易于复合填充，是一种材料学科上的尖端制备技术。然而如此高端的制备技术对设备、工艺、原料的要求是极为苛刻的，让宏观的工业化生产望尘莫及，导致众多的高效科研成果只能局限在报道上。

模板法及粉体定向生长技术，均为追求形态规则、纳米化、超大比表面积的材料为目的，其制备粉体的效果是极其理想的，但是如同薄膜制备技术一样，同为高尖端技术，其缺点：重复性差、成本高、设备复杂、难操作等，都难以满足工业化的标准。

综上所论，现存的各类二氧化钛粉体制备技术，都在一定程度上存在诸多不适宜工业化的缺陷。

若能开发一种新型的粉体制备技术，其特点：保留溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、造孔法、薄膜法、模板法等技术效果的优点；将诸多技术的优点融合进一种技术中；克服它们的致命缺陷；完全满足工业化宏观大规模生产的标准；此新型粉体制备技术必须同时具备以下优点：低沉本，高效益；流程、条件及设备简单；适宜在现有生产线条件下，进行升级和改造；易操作，对员工素质要求较低；短时间内投产；工程安全系数较高；适用多种规模的投资和生产；不受地域条件限制；符合环保要求，具有环境协调性；产品质量高，其效果堪比现存的高尖端二氧化钛纳米粉体制备技术等。这种新型的粉体制备技术，有着巨大的实用价值，是国际上研究的一个热点和难点。

纵观诸多制备技术中，适宜充当新技术的蓝本，溶胶-凝胶法是一个较好选择。但是传统的溶胶-凝胶法有太多的缺陷，需对其改进，在保留自身特点的前提下，吸纳水热法的绿色溶剂的优点，吸纳沉淀法工艺和流程简单的优点，引入薄膜法的技术效果，引入薄膜和粉体造孔法的技术效果，引入模板法的技术效果，按照工业化的标准集于一体，开发出一种新型二氧化钛粉体制备技术。此就要求新技术必须同时能将以下技术融合：

①水基溶胶-凝胶法；

②膨化、泡沫化、纳米薄层的成型制备技术；

③纳米薄层上的造孔技术；

但是绿色化的溶胶-凝胶法，溶剂为单一的水，除钛源、螯合剂、无机酸和碱液外，不再引入其他有机溶剂和化学物质。此对水基螯合剂选择是极为苛刻的，因水为一种极性较强的物质，大多数有机螯合剂并不溶于水，或者难以在强极性的溶剂中有效完成对金属离子的络合，亦或者螯合剂昂贵不实用；而已发现的柠檬酸盐法虽然可以在水性条件下有效的络合金属离子，可是其工艺制备出的粉体，较粗糙、易结块等，效果与传统的醇基溶胶-凝胶法相差甚远，不具备实用价值。此外，制备二氧化钛纳米粉体的钛源，主要为二氧化钛、硫酸氧钛、氯化钛、钛酸四丁酯、偏钛酸等，虽然价格居于均衡，但是它们要么不溶于水，要么遇水即快速水解，生成氢氧化钛，进而水解为二氧化钛，难以制备溶胶。因此突破水基溶胶-凝胶法的关键在于寻找一种特殊的螯合剂，其需同时具备：亲水性、亲钛源、能定向抑制钛源水解、有效完成对多种金属离子的络合、廉价实用、环境协调型、易操作、产品质量高等特点，并且该螯合剂可同时完成粉体的膨化、纳米薄层、造孔等效果。这对水基螯合剂的选择是一道难以逾越的屏障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法，利用绿色资源水作为单一的溶剂，钛酸四丁酯、二氧化钛、硫酸氧钛、偏钛酸、硫酸钛、四氯化钛之一为钛源，氨水或尿素为中和剂，硝酸铵为助燃剂，所述硝酸铵采用氨水和硝酸引入或单独加入，乳酸同时作为稳定剂、螯合剂、膨化剂及造孔剂，利用水基溶胶-凝胶法，室温下配制溶胶，溶胶调PH、除溶剂后得乳黄色不透明状凝胶，凝胶经过自燃、膨化、造孔后得纳米自燃物，自燃物在500~800℃下热处理0.5~1小时后，即制备出不同晶相结构的二氧化钛纳米粉体，其粉体呈无团聚、薄层多孔状、薄层厚度＜10nm、孔分布均匀、孔道均一（＜1μm）、具有较大比表面积。

本发明具有以下有益效果：

① 将水基溶胶-凝胶法、膨化法、纳米薄层法、造孔法等技术融为一体，发明出一种新型的二氧化钛粉体制备技术；

② 采用乳酸同时作为螯合剂、膨化剂、造孔剂，开发出三位一体的制备技术；

③ 开发出乳酸充当造孔剂的两段造孔技术；

④ 开发的新技术保留了诸多制备方法优点，克服它们的致命缺陷，达到去粕取精的技术效果；

⑤ 超越现存的各种尖端粉体制备技术，新技术制备出的二氧化钛纳米粉体具有，无团聚、薄层多孔状、薄层厚度＜10nm、孔分布均匀、孔道均一（＜1μm）、具有较大比表面积等优点；

⑥ 开发的新技术将粉体、薄膜、造孔等效果完美的融合，产品质量高；

⑦ 开发的新技术具备环境协调性；

⑧ 开发的新技术符合工业化大规模生产的标准。

附图说明

图1为实施例1的凝胶的红外光谱（IR）；

图2为实施例1的凝胶同步热分析仪（TG-DSC）；

图3为实施例1的600℃热处理30min粉体的XRD；

图4为实施例1的600℃热处理30min粉体的扫描电镜（SEM），图4a-c是其粉体对同一部位的三级SEM放大倍数图，a×10000倍，b×20000倍，b×30000倍；

图5为实施例2的700℃热处理30min粉体的XRD；

图6为实施例2的700℃热处理30min粉体的SEM，图6a-c是其粉体对同一部位的三级SEM放大倍数图，a×5000倍，b×10000倍，b×20000倍；

图7为实施例3的800℃热处理30min粉体的XRD；

图8为实施例3的800℃热处理30min粉体的SEM；

图9为实施例4的550℃热处理30min粉体的XRD；

图10为实施例4的550℃热处理30min粉体的SEM；

图11为传统溶胶-凝胶法制备的TiO₂粉体的SEM；

图12为传统溶胶-凝胶法及造孔技术制备的TiO₂粉体SEM；

因制备工艺基本相同，实施例2~6及其它钛源的反应，与实施例1诸多类似之处，俱体数据图不一一列举, 但并不表示对本发明的内容和保护范围做任何的限制。通过附图说明，本发明的新型制备技术，其粉体：分散性好、形态规则、均呈纳米薄层多孔状、孔道均一等，不存在团聚现象，从而拥有较大的比表面积，其优势明显。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

以下是本发明针对不同晶相结构的二氧化钛纳米粉体，及采用不同的钛源，利用水基溶胶-凝胶法，经过膨化和造孔技术进行制备的实例。

实施例1

本发明的具体实施例1，采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂（锐钛矿）纳米粉体的步骤如下：

（1）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.5mol/L，500ml，20克样品（以最终产品TiO₂的质量计）；

（2）按乳酸与钛酸四丁酯的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，取80ml乳酸加于86.5克钛酸四丁酯中，放热反应，充分搅拌后，再加入100ml水和40ml浓硝酸，搅拌均匀至黄色澄清透明，获得A液；

（3）常温下，用氨水调A液的PH=3.0~5.0，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（4）持续搅拌后混合液会呈黄色澄清透明，陈化后得水基稳定溶胶，丁达尔效应明显；

（5）140℃下，常压除溶剂后，得乳黄色不透明的凝胶，IR表明凝胶空间网状结构已形成；

（6）取凝胶进行TG-DSC测试，分析其除去碳类有机物的燃烧温度及放热峰值；

（7）将凝胶置于160~200℃下热处理30分钟，使其受热后急剧获得数十倍的体积膨化后，瞬间自燃，即得巨型骨架状、薄层多孔状、有金属光泽、均一的、灰黑色的纳米自燃物；

（8）取自燃物，分别在 500~650℃下热处理30min，获得TiO₂（锐钛矿）纳米粉体；

（9）SEM显示其粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（10）XRD显示其呈单一的锐钛矿结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为10~12nm；

实施例2

本发明的具体实施例2，采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂（锐钛矿和金红石共存结构）纳米粉体的步骤如下：

（1）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.5mol/L，500ml，20克样品（以最终产品TiO₂的质量计）；

（2）按乳酸与钛酸四丁酯的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，取100ml乳酸加于86.5克钛酸四丁酯中，放热反应，充分搅拌后，再加入100ml水和40ml浓硝酸，搅拌均匀至黄色澄清透明，获得A液；

（3）常温下，用氨水调A液的PH=3.0~5.0，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（4）持续搅拌至黄色澄清透明，陈化后得溶胶；

（5）140℃下，常压除溶剂后，得凝胶；

（6）将凝胶置于200℃下热处理30分钟，得自燃物；

（7）取自燃物，分别在 650~750℃下热处理30min，获得TiO₂（锐钛矿和金红石共存结构）粉体；

（8）SEM显示粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（9）XRD显示其呈锐钛矿和金红石共存结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为10~18nm；

实施例3

本发明的具体实施例3，采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂（金红石）纳米粉体的步骤如下：

（1）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.5mol/L，500ml，20克样品（以最终产品TiO₂的质量计）；

（2）按乳酸与钛酸四丁酯的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，取130ml乳酸加于86.5克钛酸四丁酯中，放热反应，充分搅拌后，再加入100ml水和40ml浓硝酸，搅拌均匀至黄色澄清透明，获得A液；

（3）常温下，用氨水调A液的PH=3.0~5.0，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（4）持续搅拌至黄色澄清透明，陈化后得溶胶；

（5）140℃下，常压除溶剂后，得凝胶；

（6）将凝胶置于200℃下热处理30分钟，得自燃物；

（7）取自燃物，分别在750~900℃下热处理30min，获得TiO₂（金红石）纳米粉体；

（8）SEM显示其粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（9）XRD显示其呈单一的金红石结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为20~30nm；

本发明的工艺具有较强的适应性，其所需的钛源，具有多样的选择性；任何针对本发明的工艺流程中钛源的改进，均视为本发明保护范围内；实施例4~6，是针对钛源不为钛酸四丁酯的制备实施例，例中分别选用商品二氧化钛（金红石）为钛源、硫酸氧钛为钛源，偏钛酸为钛源；其制备所需的钛源，亦可根据工艺的不同，适当选择其它种类的钛源，不作特殊限制。

实施例4

本发明的具体实施例4，选用商品二氧化钛（金红石）为钛源。 采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂纳米粉体的步骤如下：

（1）取金红石结构的二氧化钛粗粉体(纯度99.8%)20克，用60~100ml氢氟酸(市售浓度40%)溶解，促溶至无色澄清透明，冷却，得A液；

（2）用氨水调A液PH＞9.0后，压滤、洗涤，得新鲜水合氢氧化钛；

（3）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.4~0.5mol/L，500ml；

（4）按乳酸与Ti⁴⁺的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，用120ml乳酸和45ml浓硝酸的混合液溶解（2）中获得的新鲜水合氢氧化钛，并加入200ml纯化水，140℃加热促溶，持续搅拌至澄清透明，获得B液；

（5）常温下，用氨水调B液的PH=3.0~5.0，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（6）持续搅拌至黄色澄清透明，陈化后得溶胶；

（7）140℃下，常压除溶剂后，得乳黄色不透明状凝胶；

（8）将凝胶置于200℃下热处理30分钟，得自燃物；

（9）取自燃物，分别在550~900℃下热处理30min，获得TiO₂（锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石）纳米粉体；

（10）SEM显示粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（11）XRD显示其呈锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为10~30nm；

实施例5

本发明的具体实施例5，选用硫酸氧钛为钛源。采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂纳米粉体的步骤如下：

（1）取硫酸氧钛粉末(纯度93%)43.5克，加入300ml水和30ml浓硝酸(纯度60%~65%)，促溶并充分搅拌至无色澄清透明后，冷却，得A液；

（2）用氨水（或尿素）调A液PH＞9.0后，压滤、洗涤，得新鲜水合偏钛酸；

（3）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.4~0.5mol/L，500ml；

（4）按乳酸与Ti⁴⁺的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，用120ml乳酸和60ml浓硝酸的混合液溶解（2）中获得的新鲜水合偏钛酸，并加入200ml纯化水，140℃加热促溶，持续搅拌至澄清透明，获得B液；

（5）常温下，用氨水调B液的PH=3.0~5.0，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（6）持续搅拌至黄色澄清透明，陈化后得溶胶；

（7）140℃下，常压除溶剂后，得乳黄色不透明状凝胶；

（8）将凝胶置于200℃下热处理30分钟，得自燃物；

（9）取自燃物，分别在550~900℃下热处理30min，获得TiO₂（锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石）纳米粉体；

（10）SEM显示粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（11）XRD显示其呈锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为10~30nm；

实施例6

本发明的具体实施例6，选用工业偏钛酸为钛源（偏钛酸粉末、新鲜水合偏钛酸），值得注意的是若采用干燥过的偏钛酸粉末，则需要经浓硫酸重新溶解，再经后续过程接入水基溶胶-凝胶工艺；若采用新鲜的水合偏钛酸，可直接进入水基溶胶-凝胶工艺流程中，后者更兼容硫酸法生产钛白粉的工艺，省去偏钛酸的干燥和煅烧等工序；实施例给予两种方法的说明。

采用本发明的新型粉体制备技术，制备TiO₂纳米粉体的步骤如下：

（1）取偏钛酸粉末24.8克，加入300ml纯化水，煮沸30分钟后，洗涤、过滤；

（2）按照浓硫酸与Ti⁴⁺的物质的量的比为3~5:1，取预处理后的偏钛酸沉淀，加入200ml水，搅拌成浆料，在持续搅拌的情况下，再缓慢加入60~80ml浓硫酸，后加入10~20ml浓硝酸，并加热促溶，至澄清后冷却，得A液；

（3）用氨水（或尿素）调A液PH＞9.0后，压滤、洗涤，得新鲜水合偏钛酸；

（4）溶胶浓度为C_sol-gel-Ti ⁴⁺=0.4~0.5mol/L，500ml；

（5）按乳酸与Ti⁴⁺的物质的量的比为2.0~6.0:1.0，用120ml乳酸和60ml浓硝酸的混合液溶解（3）中获得的新鲜水合偏钛酸，并加入200ml纯化水，加热促溶，持续搅拌至澄清透明，冷却，获得B液；

（6）常温下，用氨水调B液的PH=3.0~5.5，后补加水至溶胶总体积为500ml；

（7）持续搅拌至黄色澄清透明，陈化后得溶胶；

（8）140℃下，常压除溶剂后，得乳黄色不透明状凝胶；

（9）将凝胶置于200℃下热处理30分钟，得自燃物；

（10）取自燃物，分别在550~900℃下热处理30min，获得TiO₂（锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石）纳米粉体；

（11）SEM显示粉体呈无团聚、薄层微孔状、薄层厚度≤10nm，孔道均一（＜1μm）、比较面积较大；

（12）XRD显示其呈锐钛矿、锐钛矿和金红石共存、金红石结构，按图谱估算其粉体的晶粒大小为10~30nm；

（13）若采用硫酸法生产钛白粉工艺流程中，精滤、洗涤、压滤后获得新鲜水合偏钛酸为钛源，则本实施例6的工艺流程直接接入（4）工序及后面的水基溶胶-凝胶法流程中，即可获得本发明阐述的高质量二氧化钛纳米粉体。

本发明以上的六个实施例，其各种原料的投入最低比和量化范围并不是唯一的，可根据具体工艺情况选择最低的生产成本投入。

本发明，通过以上六个实施例获得实验数据和测量结果及实验现象，显示：

① 本发明的新型二氧化钛纳米粉体制备技术相比现存的诸多粉体制备技术更俱有：适应性强、低成本、设备简单、易操作、易推广、易工业化、高效率、产品质量高、绿色化及环境协调性等优点；

② 本发明的工艺，投资较小，兼容国内外大中小型钛白粉生产线，在不大规模更改现行生产流程和设备的前提下，即可实现高质量二氧化钛纳米粉体生产。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，将乳酸的螯合、膨化、造孔的三位一体的制备技术应用其它化合物的制备，同视为本发明的范围内。本发明的钛源可适当选择，乳酸是必须的，凝胶必须经过独特的膨化及两段造孔技术，段烧后即可获得无团聚的纳米粉体 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种纳米二氧化钛粉体的环境协调型制备方法，其特征在于：利用绿色资源水作为单一的溶剂，钛酸四丁酯、二氧化钛、硫酸氧钛、偏钛酸、硫酸钛、四氯化钛之一为钛源，氨水或尿素为中和剂，硝酸铵为助燃剂，所述硝酸铵采用氨水和硝酸引入或单独加入，乳酸同时作为稳定剂、螯合剂、膨化剂及造孔剂，利用水基溶胶-凝胶法，室温下配制溶胶，溶胶调pH、除溶剂后得乳黄色不透明状凝胶，凝胶经过自燃、膨化、造孔后得纳米自燃物，自燃物在500～800℃下热处理0.5～1小时后，即制备出不同晶相结构的二氧化钛纳米粉体；乳酸与钛源中的Ti⁴⁺的物质的量的比取2.0～6.0，溶胶调pH＝3.0～5.5；溶胶含水量具有较大的调节范围，以体积计，水：乳酸≥1.0，加水量不作上限；除溶剂过程采用真空浓缩或者常压浓缩之一种或者两种，除溶剂过程采用单效或多效真空浓缩，除溶剂温度为80℃～160℃；自燃、膨化为凝胶在≥150℃下热处理30分钟后，使其获得数十倍及更大的膨化体积后瞬间自燃，生成纳米自燃物，其呈灰黑色、多孔、巨型骨架状、有金属光泽，造孔技术为凝胶自燃过程的瞬时造孔技术，自燃物煅烧时的慢性造孔技术；500℃≤煅烧温度≤650℃，得到单一的锐钛矿晶相，650℃＜煅烧温度≤750℃，得到锐钛矿及金红石共存晶相，煅烧温度＞750℃，得到单一的金红石晶相。