CN106629835B - 一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法 - Google Patents

一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，通过二氧化钛溶胶凝胶的配制，桃胶的处理，然后将二氧化钛溶胶凝胶和桃胶水解液混合，使二氧化钛分子吸附在桃胶水解液中的小分子糖类表面，然后在适宜的条件下使小分子糖类重新聚合，通过控制聚合条件，恰好可以控制了二氧化钛纳米颗粒的大小，然后使桃胶再次水解除去，因此可以通过桃胶尺寸的大小来设计二氧化钛纳米材料的大小。

Description

一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料制备方法，更具体的说是涉及一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法。
背景技术
二氧化钛廉价无毒且化学性质稳定，具有优良的光敏、湿敏、气敏以及光电性能，在功能性陶瓷以及光催化领域具有广泛的应用。目前工业化生产采用的二氧化钛纳米颗粒的方法中存在颗粒形状不均，大小不一，过程及结果可控性差等问题。
由于桃胶具有很高的分子量，在常温下很难溶于水，但是在酸液中可以水解为小分子的鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖和木糖，这些小分子糖类具有吸附性能，可以吸附无机分子。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，解决现有技术中制备二氧化钛纳米颗粒的方法中存在颗粒形状不均，及颗粒大小可控性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：将钛化合物和醇溶液混合，搅拌均匀后，反应得到二氧化钛的溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：将桃胶进行酸解脱色处理得到桃胶的水解液；
步骤三、反应的进行：将桃胶水解液加入到二氧化钛的溶胶凝胶中进行反应使二氧化钛分子吸附在桃胶水解液中糖类颗粒上；
步骤四、产物的后处理：通过将步骤三得到的混合物进行脱水处理，使其中的糖类颗粒逐渐聚合，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后通过酸化处理将桃胶水解除去，得到二氧化钛纳米颗粒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中钛化合物为四氟化钛、四氯化钛、硫酸钛中的一种，所述醇溶液为、乙醇、异丙醇、异丁醇中的一种。
作为本发明的进一步改进，
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将9-13g四氯化钛滴加到20-50ml无水乙醇中，同时加入催化剂、抑制剂和络合剂，搅拌得到透明溶液，反应得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将10-15g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解3-8h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应20-30h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为110-250℃，反应6-10h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用0.5-3mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.3-1.7，酸化时间为0.2-0.6h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中反应温度为24-120℃，反应时间为36-40h。
作为本发明的进一步改进，所述络合剂添加量为0.03-0.05g、催化剂添加量为0.02-0.05g、杀菌剂添加量为0.01-0.03g、抑制剂添加量为0.05-0.08g；
作为本发明的进一步改进，所述催化剂为硅烷合三乙胺。
作为本发明的进一步改进，所述络合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸甲酯和乙酰丙酸甲酯中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述抑制剂为柠檬酸、冰醋酸中的一种。
本发明将二氧化钛溶胶凝胶和桃胶水解液混合，使二氧化钛分子吸附在桃胶水解液中的小分子糖类表面，然后在适宜的条件下使小分子糖类重新聚合，通过控制聚合条件，恰好可以控制了二氧化钛纳米颗粒的大小，然后使桃胶再次水解除去，因此可以通过控制桃胶尺寸的大小来设计二氧化钛纳米材料的大小。
附图说明
图1为实施例1得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；
图2为实施例2得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；
图3为实施例3得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；
图4为实施例4得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；
图5为实施例5得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；
图6为实施例6得到的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的详述。
实施例1：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将9g四氯化钛滴加到20ml无水乙醇中，同时加入0.02g硅烷合三乙胺、0.05g柠檬酸和0.03g乙酰乙酸乙酯，搅拌得到透明溶液，然后在30℃，反应36h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将10g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解3h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应20h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为110℃，反应6h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用0.5mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.3，酸化时间为0.2h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例2：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将10g四氯化钛滴加到25ml无水乙醇中，同时加入0.03g硅烷合三乙胺、0.06g冰醋酸和0.03g乙酰乙酸甲酯，搅拌得到透明溶液，然后在40℃，反应36h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将11g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解4h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应23h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为120℃，反应6h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用0.8mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.4，酸化时间为0.4h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例3：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将10g四氟化钛滴加到35ml异丙醇中，同时加入0.03g硅烷合三乙胺、0.06g柠檬酸和0.04g乙酰丙酸甲酯，搅拌得到透明溶液，然后在50℃，反应38h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将12g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解5h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应25h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为190℃，反应7h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用2mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.5，酸化时间为0.4h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例4：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将12g四氟化钛滴加到40ml异丁醇中，同时加入0.05g硅烷合三乙胺、0.05g冰醋酸和0.04g乙酰丙酸甲酯，搅拌得到透明溶液，然后在80℃，反应40h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将13g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解6h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应28h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为200℃，反应8h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用2.5mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.6，酸化时间为0.4h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例5：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将12g硫酸钛滴加到40ml无水乙醇中，同时加入0.04g硅烷合三乙胺、0.07g柠檬酸和0.05g乙酰乙酸乙酯，搅拌得到透明溶液，然后在110℃，反应38h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将14g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解7h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应30h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为220℃，反应9h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用1.8mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.6，酸化时间为0.2h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例6：一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将13g硫酸钛滴加到50ml异丙醇中，同时加入0.05g硅烷合三乙胺、0.08g冰醋酸和0.05g乙酰乙酸甲酯，搅拌得到透明溶液，然后在120℃，反应40h得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将15g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液PH＝3，水解8h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应30h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为250℃，反应10h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用3mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.7，酸化时间为0.6h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
图1-6分别对应实施例1-6所制备的二氧化钛纳米颗粒的扫描电镜图，实施例1-6所制备的二氧化钛纳米颗粒的尺寸分别为50nm、58nm、78nm、116nm、121nm、167nm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：将钛化合物和醇溶液混合，搅拌均匀后，反应得到二氧化钛的溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：将桃胶进行酸解脱色处理得到桃胶的水解液；
步骤三、反应的进行：将桃胶水解液加入到二氧化钛的溶胶凝胶中进行反应使二氧化钛分子吸附在桃胶水解液中糖类颗粒上；
步骤四、产物的后处理：通过将步骤三得到的混合物进行脱水处理，使其中的糖类颗粒逐渐聚合，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后通过酸化处理将桃胶水解除去，得到二氧化钛纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述步骤一中钛化合物为四氟化钛、四氯化钛、硫酸钛中的一种，所述醇溶液为乙醇、异丙醇、异丁醇中的一种。
3.根据权利要求2所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：
步骤一、二氧化钛溶胶凝胶的配制：在磁力搅拌作用下将9-13g四氯化钛滴加到20-50ml无水乙醇中，同时加入催化剂、抑制剂和络合剂，搅拌得到透明溶液，反应得到二氧化钛溶胶凝胶；
步骤二、桃胶的处理：在室温下将10-15g桃胶加入200ml盐酸溶液中，使桃胶水解成单糖，保持盐酸溶液pH＝3，水解3-8h,然后加入活性炭，对桃胶水解液进行脱色处理，将经过酸解脱色的桃胶水解液采用离子交换树脂膜透析法进行脱盐处理；
步骤三、反应的进行：将处理过的桃胶水解液加入二氧化钛溶胶凝胶中，用保鲜膜覆盖，在室温下反应20-30h；
步骤四、产物的后处理：将步骤三得到的含有二氧化钛和桃胶的混合物放入到真空干燥箱中，设置温度为110-250℃，反应6-10h,然后使温度降到室温，得到表面吸附有二氧化钛纳米颗粒的桃胶，然后用0.5-3mol/L的盐酸溶液进行酸化，使PH保持在1.3-1.7，酸化时间为0.2-0.6h,之后用蒸馏水洗涤至呈中性得到二氧化钛纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述步骤一中反应温度为24-120℃，反应时间为36-40h。
5.根据权利要求3所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述络合剂添加量为0.03-0.05g、催化剂添加量为0.02-0.05g、抑制剂添加量为0.05-0.08g。
6.根据权利要求5所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述催化剂为硅烷和三乙胺。
7.根据权利要求6所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述络合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸甲酯和乙酰丙酸甲酯中的一种。
8.根据权利要求7所述的二氧化钛纳米颗粒的可控制备方法，其特征在于：所述抑制剂为柠檬酸、冰醋酸中的一种。
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