CN103004877B - 一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法。该方法首先将钛酸盐加入到去离子水中分散，加入磷酸并用氨水调节pH。分散均匀后加入硝酸银，并在避光条件下搅拌处理6～24小时。之后，加入锆盐水溶液，并继续在避光条件下搅拌2~8小时。搅拌结束后对沉淀产物洗涤干燥处理，并在500~1200摄氏度下焙烧，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。该制备方法工艺和流程简便，参数可调范围宽，可重复性强，成本低，容易大规模生产，是一种具备商业前景的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，特别是涉及一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。
背景技术
层状钛酸盐是宽禁带半导体材料，因其独特的层状结构，比表面积远远大于二氧化钛纳米材料，具有极高的离子交换、传输和吸附能力，并且在离子交换时能够保持良好的稳定性。因此可用于锂离子电池，催化氧化，离子吸附，抗菌涂料，安培电流计，隔热材料等等方面，因而受到了人们日益广泛的关注。
而纳米银可杀死与其接触的多达650余种革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、霉菌等且不会产生抗药性，能够赋予各种抗菌产品极佳的抗菌效果。然而，目前的银系抗菌纳米粉体在实际应用中，其最主要的问题就是银有效成分从材料的颗粒内部向表面的过度迁移，导致抗菌产品出现变色问题。如果利用上述层状钛酸盐的种种优势，采用离子交换的方法，将银离子引入钛酸盐的层间，可以获得较为稳定的、兼备纳米银和钛酸盐多种功能的复合材料。然而，该材料虽然能够大幅度提高纳米银的稳定性和抗色变性能。但是，在潮湿的环境下，其抗色变的能力依然面临着极大的挑战。
而传统的制备银系抗菌剂，是采用磷酸锆或者硅酸盐等无机盐作为载体，将纳米银负载在载体的晶体结构中，通过高温焙烧，形成稳定的复合体系。因此，若能将银离子插层的钛酸盐材料与传统的银系抗菌剂制备工艺相结合，显著地控制有效成分释放速率，并能够延缓或阻止银有效成分向颗粒表面的过度迁移，保证了材料的稳定性，赋予材料除抗菌性能以外的其它优良性能，大大提高了材料的抗色变性能与可应用范围。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法。
一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将钛酸盐粉体加入到去离子水中，搅拌均匀，然后加入磷酸，并用氨水调节溶液的pH为2～4；之后在避光条件下加入硝酸银，搅拌溶解并在避光条件下持续搅拌6～24小时；
（2）避光搅拌结束后，将锆盐的水溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌2～8小时；反应结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。
（3）将干燥处理之后的粉体材料在500～1200℃焙烧处理，得到载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
步骤（1）中所述的钛酸盐粉体为钛酸钠粉体、钛酸钾粉体中的一种或其组合。
步骤（1）中所述加入的钛酸盐质量与其加入到的去离子水体积之比为0.5克/100毫升～5克/100毫升。
步骤（1）中所述的磷酸加入体积与反应溶液总体积比为2毫升/100毫升～20毫升/100毫升。
步骤（1）中所述加入硝酸银的质量与加入钛酸盐质量之比为0.01：10～0.5：10。
步骤（2）中所述加入的锆盐为硝酸锆、氯氧化锆、碳酸锆中的一种或其组合。
步骤（2）中所述加入锆盐的质量与钛酸盐质量之比为1：10～20：10。
步骤（2）中所述加入锆盐的质量与溶解锆盐的去离子水体积之比为1克/100毫升～10克/100毫升。
通过上述制备方法得到的载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状或网状形貌。纳米线的直径约3~10纳米，长度在80~500纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为1~4纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。本方法中所采用的钛酸盐具有层状结构，层间的离子具有可交换性。在制备过程中，首先采用离子交换法，将银离子引入钛酸盐的层间，然后在钛酸盐表面沉积磷酸锆，对载银钛酸盐进行保护，提高了产物的稳定性和抗色变性能。然后在高温焙烧处理的过程中，获得目标产物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。该制备方法工艺可操作性强，参数可调范围宽，成本低，容易大规模生产。通过上述制备方法得到的载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，具有较高的稳定性，不易产生色变，可广泛用于环保、抗菌等产业领域。
附图说明
图1：由实施例2制得的载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的透射电镜照片。
图2：由实施例2制得的载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的高分辨透射电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：
将2克钛酸钾粉体加入到100毫升去离子水中，搅拌均匀。加入6毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到2。之后在避光条件下加入0.08克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌30小时。同时，将0.8克八水合氯氧化锆加入到20毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将氯氧化锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌8小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在800度下焙烧2小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状形貌。纳米线的直径约8纳米，长度在150～300纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为3～4纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
实施例2：
将2克钛酸钠粉体加入到100毫升去离子水中，搅拌均匀。加入5毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到3。之后加入0.04克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌24小时。同时，将1.0克五水合硝酸锆加入到30毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将硝酸锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌6小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在600度下焙烧3小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状或网状形貌。纳米线的直径约4纳米，长度在80～200纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为2～3纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
实施例3：
将5克钛酸钾粉体加入到200毫升去离子水中，搅拌均匀。加入10毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到2。之后在避光条件下加入0.2克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌36小时。同时，将1.5克碳酸锆加入到30毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将碳酸锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌5小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在900度下焙烧2小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状形貌。纳米线的直径约9纳米，长度在200～300纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为3～4纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
实施例4：
将12克钛酸钠粉体加入到500毫升去离子水中，搅拌均匀。加入20毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到4。之后在避光条件下加入0.5克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌18小时。同时，将3克八水合氯氧化锆加入到40毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将氯氧化锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌4小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在500度下焙烧4小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状或网状形貌。纳米线的直径约3纳米，长度在80～180纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为1～2纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
实施例5：
将25克钛酸钾粉体加入到1000毫升去离子水中，搅拌均匀。加入40毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到3。之后在避光条件下加入0.8克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌48小时。同时，将8克五水合硝酸锆加入到100毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将硝酸锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌7小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在1000度下焙烧2小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状形貌。纳米线的直径约8纳米，长度在200~500纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为2~4纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
实施例6：
将100克钛酸钠粉体加入到5000毫升去离子水中，搅拌均匀。加入200毫升磷酸，并用氨水调节溶液的pH到3.5。之后在避光条件下加入3克硝酸银，搅拌溶解。然后避光搅拌12小时。同时，将30克五水合硝酸锆加入到500毫升去离子水中，搅拌溶解。在避光搅拌结束后，将硝酸锆溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌2小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理。之后在1200度下焙烧2小时，得到目标物载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
所制得载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料，为纳米线堆积成的树枝状或网状形貌。纳米线的直径约6纳米，长度在150～300纳米之间，相互搭叠在一起。粒径大约为2～3纳米的银颗粒，散布在纳米线表面。
Claims (3)
1.一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将钛酸盐粉体加入到去离子水中，搅拌均匀，然后加入磷酸，并用氨水调节溶液的pH为2～4；之后在避光条件下加入硝酸银，搅拌溶解并在避光条件下持续搅拌6～24小时；
步骤（1）中所述加入的钛酸盐质量与其加入到的去离子水体积之比为0.5克/100毫升～5克/100毫升；
步骤（1）中所述的磷酸加入体积与反应溶液总体积比为2毫升/100毫升～20毫升/100毫升；
步骤（1）中所述加入硝酸银的质量与加入钛酸盐质量之比为0.01：10～0.5：10；
（2）避光搅拌结束后，将锆盐的水溶液加入到前者溶液中，继续避光搅拌2～8小时；反应结束后，用去离子水洗涤沉淀物，直到洗涤液的pH呈中性，然后进行干燥处理；
步骤（2）中所述加入锆盐的质量与钛酸盐质量之比为1：10～20：10；
步骤（2）中所述加入锆盐的质量与溶解锆盐的去离子水体积之比为1克/100毫升～10克/100毫升；
（3）将干燥处理之后的粉体材料在500～1200℃焙烧处理，得到载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的钛酸盐粉体为钛酸钠粉体、钛酸钾粉体中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种载银钛酸盐磷酸锆复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述加入的锆盐为硝酸锆、氯氧化锆、碳酸锆中的一种或其组合。
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