CN104998690A - 一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法 - Google Patents

一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，包括如下步骤：将钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于有机溶剂中，加入胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，反应2-3.5h后，自然冷却至室温，分离固相，置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂、溴系阻燃剂、热稳定剂，混合均匀后，投置于双螺杆挤出机中，注入超临界二氧化碳，得混合粉体；将所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；将分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌，超声反应后，干燥，得复合纳米颗粒。本发明制备方法工艺简单、易操作、可重复性好，颗粒结构稳定、尺寸均匀，且具备阻燃、耐热和耐腐蚀性能。

Description

一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法
技术领域
本发明涉及无机纳米材料技术领域，具体涉及一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法。
背景技术
二氧化钛(TiO2)作为一种无毒、稳定、高效的光催化剂，已广泛应用于水处理、污染物降解、太阳能电池等环境和能源领域。作为光催化剂，二氧化钛在紫外光激发下价带上的电子跃迁至导带，产生电子-空穴对，随后电子和空穴分离，迁移至二氧化钛表面，然后与表面周围的水和氧气作用而产生含氧自由基，形成的含氧自由基具有超强的氧化能力，能够氧化大部分有机物，将其完全降解成二氧化碳和水。但是，在实际应用中，光生电子-空穴对很难有效的分离，迁移到表面的电子和空穴由于表面缺陷等原因而复合，只有部分可以产生含氧自由基用于降解有机物。如何降低这种表面复合，提高光催化活性，是一个实际应用中需要解决的问题。
二氧化钛与贵金属复合是有效地降低电子和空穴表面复合的方法，其中，二氧化钛与贵金属复合形成肖特基势垒，到达二氧化钛晶体表面的光生电子可以跃过肖特基势垒到达贵金属，参与到还原反应过程中；而传导至贵金属的电子无法跃过肖特基势垒反向进入二氧化钛半导体，这样电子和空穴就达到了有效的分离，从而提高光催化活性。目前，二氧化钛和贵金属的复合绝大多数采用二氧化钛表面沉积贵金属的复合形式，然而上述复合形式有其结构上的缺陷，即贵金属在表面部分阻挡了光对半导体的照射，光催化活性的提高比较有限，从而需要寻找更优的复合结构。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，制备方法工艺简单、易操作、可重复性好，颗粒结构稳定、尺寸均匀，且具备阻燃、耐热和耐腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，包括如下步骤：
S1、将35-38份钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于96-110份有机溶剂中，加入3.6-4.1份胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，160-280℃的条件下，反应2-3.5h后，自然冷却至室温，分离固相，得粉体；
S2、将步骤S1所得的置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂2-6份、溴系阻燃剂5-7份、热稳定剂0.1-1份，得混合物料；
S3、将步骤S2所得的混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180-600rpm，将液态二氧化碳充入输送泵，控制输送压力为7.4MPa-50MPa，加热二氧化碳至临界温度(31℃)，使其转换为超临界二氧化碳后，在挤出机三-四区和五-八区分别注入，得混合粉体；
S4、将步骤S3所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；
S5、将步骤S4所得的分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌30min，超声反应3小时后，在40-80℃下水浴加热，避光搅拌30min后，离心分离，干燥，得复合纳米颗粒；
S6、将步骤S5所得的复合纳米颗粒置于高速搅拌机中，加入0.5-5份耐化学品改性剂，搅拌5-30min后，出料得到混合物；
S7、将步骤S6得到的混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为180-260℃，螺杆转速为180-600转/分，得成品。
其中，步骤S5中超声反应的功率为100瓦特，超声频率40千赫兹。
其中，所述有机溶剂为天然来源的松节油衍生物。
其中，所述松节油衍生物为蒎烯的异构、歧化产物。
其中，所述阻燃协效剂为硼酸锌、三氧化二锑中的一种或两种的混合物。
其中，所述溴系阻燃剂为四溴双酚A。
其中，所述热稳定剂为稀土热稳定剂和有机锡类热稳定剂中的一种或两种的组合。
其中，所述的耐化学品改性剂为含有全氟烷基的丙烯酸系添加剂。
本发明具有以下有益效果：
制备方法工艺简单、易操作、可重复性好，颗粒结构稳定、尺寸均匀，且具备阻燃、耐热和耐腐蚀性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中所使用的有机溶剂为天然来源的松节油衍生物。阻燃协效剂为硼酸锌、三氧化二锑中的一种或两种的混合物。溴系阻燃剂为四溴双酚A。热稳定剂为稀土热稳定剂和有机锡类热稳定剂中的一种或两种的组合。
实施例1
S1、将35份钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于96份有机溶剂中，加入3.6份胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，160℃的条件下，反应2h后，自然冷却至室温，分离固相，得粉体；
S2、将步骤S1所得的置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂2份、溴系阻燃剂5份、热稳定剂0.1份，得混合物料；
S3、将步骤S2所得的混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180rpm，将液态二氧化碳充入输送泵，控制输送压力为7.4MPa，加热二氧化碳至临界温度(31℃)，使其转换为超临界二氧化碳后，在挤出机三-四区和五-八区分别注入，得混合粉体；
S4、将步骤S3所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；
S5、将步骤S4所得的分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌30min，超声反应3h后，在40℃下水浴加热，避光搅拌30min后，离心分离，干燥，得复合纳米颗粒；
S6、将步骤S5所得的复合纳米颗粒置于高速搅拌机中，加入0.5-5份耐化学品改性剂，搅拌5min后，出料得到混合物；
S7、将步骤S6得到的混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为180℃，螺杆转速为180转/分，得成品。
实施例2
S1、将38份钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于110份有机溶剂中，加入4.1份胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，280℃的条件下，反应3.5h后，自然冷却至室温，分离固相，得粉体；
S2、将步骤S1所得的置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂6份、溴系阻燃剂7份、热稳定剂1份，得混合物料；
S3、将步骤S2所得的混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为600rpm，将液态二氧化碳充入输送泵，控制输送压力为50MPa，加热二氧化碳至临界温度(31℃)，使其转换为超临界二氧化碳后，在挤出机三-四区和五-八区分别注入，得混合粉体；
S4、将步骤S3所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；
S5、将步骤S4所得的分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌30min，超声反应3h后，在80℃下水浴加热，避光搅拌30min后，离心分离，干燥，得复合纳米颗粒；
S6、将步骤S5所得的复合纳米颗粒置于高速搅拌机中，加入5份耐化学品改性剂，搅拌30min后，出料得到混合物；
S7、将步骤S6得到的混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为260℃，螺杆转速为600转/分，得成品。
实施例3
S1、将36.5份钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于103份有机溶剂中，加入3.85份胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，220℃的条件下，反应2.75h后，自然冷却至室温，分离固相，得粉体；
S2、将步骤S1所得的置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂4份、溴系阻燃剂6份、热稳定剂0.55份，得混合物料；
S3、将步骤S2所得的混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为390rpm，将液态二氧化碳充入输送泵，控制输送压力为28.7MPa，加热二氧化碳至临界温度(31℃)，使其转换为超临界二氧化碳后，在挤出机三-四区和五-八区分别注入，得混合粉体；
S4、将步骤S3所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；
S5、将步骤S4所得的分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌30min，超声反应3h后，在60℃下水浴加热，避光搅拌30min后，离心分离，干燥，得复合纳米颗粒；
S6、将步骤S5所得的复合纳米颗粒置于高速搅拌机中，加入2.75份耐化学品改性剂，搅拌17.5min后，出料得到混合物；
S7、将步骤S6得到的混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为220℃，螺杆转速为390转/分，得成品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将35-38份钛酸乙酯通过超声波振荡设备分散于96-110份有机溶剂中，加入3.6-4.1份胺盐，室温搅拌均匀后，将反应液置于反应釜中，160-280℃的条件下，反应2-3.5h后，自然冷却至室温，分离固相，得粉体；
S2、将步骤S1所得的产品置于混合搅拌机中，依次加入阻燃协效剂2-6份、溴系阻燃剂5-7份、热稳定剂0.1-1份，得混合物料；
S3、将步骤S2所得的混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180-600rpm，将液态二氧化碳充入输送泵，控制输送压力为7.4MPa-50MPa，加热二氧化碳至临界温度，使其转换为超临界二氧化碳后，在挤出机三-四区和五-八区分别注入，得混合粉体；
S4、将步骤S3所得的混合粉体通过超声波振荡设备分散于含有异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；
S5、将步骤S4所得的分散液于氯金酸水溶液中，避光搅拌30min，超声反应3h后，在40-80℃下水浴加热，避光搅拌30min后，离心分离，干燥，得复合纳米颗粒；
S6、将步骤S5所得的复合纳米颗粒置于高速搅拌机中，加入0.5-5份耐化学品改性剂，搅拌5-30min后，出料得到混合物；
S7、将步骤S6得到的混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为180-260℃，螺杆转速为180-600转/分，得成品。
2.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，步骤S5中超声反应的功率为100W，超声频率40KHz。
3.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为天然来源的松节油衍生物。
4.根据权利要求3所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述松节油衍生物为蒎烯的异构、歧化产物。
5.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述阻燃协效剂为硼酸锌、三氧化二锑中的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述溴系阻燃剂为四溴双酚A。
7.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述热稳定剂为稀土热稳定剂和有机锡类热稳定剂中的一种或两种的组合。
8.根据权利要求1所述的一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述的耐化学品改性剂为含有全氟烷基的丙烯酸系添加剂。
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