CN107572583A - 一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，包括将钛的卤化物、钛的烷氧化物或者它们的混合物作为前驱体在5~80℃温度下滴加到无水醇中；钛醇溶液陈化处理；将陈化后溶液进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛；将二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料；向中性二氧化钛浆料中加入硝酸镧或铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料在100~180℃的条件下晶化30~48小时得到锐钛型纳米钛溶胶。本发明的有益效果是：本发明工艺过程简单，适合大规模工业化生产，制得的产品锐钛型纳米钛溶胶可广泛的应用在催化领域、境自洁材料、生物材料、有机无机复合材料、涂料、陶瓷和薄膜材料等其他相关领域，产品适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及纳米钛溶胶领域，具体的说，是一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法。
背景技术
现有技术公开了纳米二氧化钛由于具有无毒，高光催化活性和紫外吸收功能以及生物相容性好等优异性能，已成为一种新型多功能的无机材料。
目前，纳米二氧化钛的制备方法，主要分为气相法和液相法。气相法比较成熟，是目前大规模制备二氧化钛的主要方法，但气相法存在工艺设备复杂，需要高温煅烧等问题。低温液相溶胶凝胶方法作为制备纳米二氧化钛的重要方法，是目前实验研究的热点。液相溶胶凝胶方法又可以分为水解溶胶凝胶（包括水热法）和非水溶胶凝胶（包括溶剂热法）。与低温水解溶胶凝胶制备二氧化钛有关的专利有：CN1295977A，CN1562768A，CN1583888A，CN1785503A，CN1654335A等，但是因为不管是四氯化钛还是钛酸酯作为二氧化钛前驱体，其水解反应都是非常剧烈的，而且水解，缩合和粒子间团聚反应几乎同时进行，难以进行分别控制。一般情况下，各种反应条件如温度、浓度、PH值等稍有改变，都可能影响到最终产品的结晶，粒子大小等。可以说水解溶胶凝胶反应的重现性一般较差。
非水溶胶凝胶反应在有机溶剂中进行，没有水的存在，因此可以对在水解条件较难控制的各种反应进行很好的控制。非水溶胶凝胶中的有机溶剂，不仅作为金属氧化物的氧原子供体，而且强烈影响着氧化物的表面化学性能、晶体大小，甚至晶体结构。利用非水溶胶凝胶反应，多种纳米金属氧化物（Niederberger，Nonaqueous Sol-Gel RoutestoMetal Oxide Nanoparticles，Acc.Chem.Res.2007，40，793-800）已被成功制备，其中也包括二氧化钛。现有技术CN101053829以四氯化钛，乙醇和聚乙二醇为前驱体，利用非水溶胶凝胶方法制备了具有具有光催化活性的二氧化钛薄膜，但是为了获得结晶二氧化钛，该方法中用到了高温煅烧过程。Cheng Wang（Synthesis of nanocrystalline TiO2 inalcohols，Powder Technology 125（2002）39-44）等报道了用溶剂热法制备纳米二氧化钛，与水热法相似，该方法也利用了高压设备，而且制备的二氧化钛表面没有有机活性基团，所以也不具有可溶性。为了获取具有结晶可溶性能的二氧化钛，Niederberger（Tailoringthe Surfaceand Solubility Propertiesof Nanocrystalline Titaniabya NonaqueousIn Situ Functionalization Process，Chem.Mater.2004，16，1202-1208）以四氯化钛、苯甲醇和表面改性剂多巴胺等为反应原料，利用非水溶胶凝胶制备了结晶可溶的二氧化钛，表面改性剂的量对结晶性和可溶性有非常大的影响，但是表面覆盖大量改性剂对二氧化钛的催化性能也会有不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过程简单、锐钛型纳米钛溶胶的制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：将钛的卤化物、钛的烷氧化物或者它们的混合物作为前驱体在5~80℃温度下滴加到无水醇中形成均匀的钛醇溶液；
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在0~100℃温度下陈化1~100小时；
步骤S3：将陈化后溶液在40~150℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛；
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料；
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入硝酸镧或铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在100~180℃的条件下晶化30~48小时得到锐钛型纳米钛溶胶。本方案能够在二氧化钛表面形成烃基、烷氧基和少部分钛氯结构，从而增加二氧化钛的溶解性。利用超声波分散能够使二氧化钛在容积里面分散均匀，并提高锐钛型纳米钛溶胶的稳定性，防止出现凝胶或沉淀现象。
所述的步骤S1中的钛的卤化物为四氯化钛。
所述的步骤S1中的钛的烷氧化物为钛酸正丁酯、钛酸四乙酯或钛酸异丙酯中的一种或多种。
所述的步骤S1中的无水醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、苯甲醇中的一种或几种的混合物。
所述的钛的卤化与钛的烷氧化物的质量比在1：3至1：8之间。以此能够增加锐钛型纳米钛溶胶内的活性自由基，从而增强锐钛型纳米钛溶胶的光催化功能，提高锐钛型纳米钛溶胶的杀菌能力。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明工艺过程简单，适合大规模工业化生产，制得的产品锐钛型纳米钛溶胶可广泛的应用在催化领域、境自洁材料、生物材料、有机无机复合材料、涂料、陶瓷和薄膜材料等其他相关领域，产品适用范围广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例中，一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛溶液滴加到温度为5℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在0℃温度下陈化100小时。
步骤S3：将陈化后溶液在150℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛。二氧化钛的晶粒尺寸为15 纳米
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入硝酸镧，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在100℃的条件下晶化48小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
实施例2：
本实施例中，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛溶液滴加到温度为80℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在100℃温度下陈化20小时。
步骤S3：将陈化后溶液在80℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛，二氧化钛的晶粒尺寸为10纳米。
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在180℃的条件下晶化35小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
实施例3：
本实施例中，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛溶液滴加到温度为40℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在100℃温度下陈化50小时。
步骤S3：将陈化后溶液在150℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛，二氧化钛的晶粒尺寸为8纳米。
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在150℃的条件下晶化30小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
实施例4：
本实施例中，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛与钛酸正丁酯按照质量比为1：3的比例配制成的溶液滴加到温度为80℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在100℃温度下陈化25小时。
步骤S3：将陈化后溶液在40℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛，二氧化钛的晶粒尺寸为12纳米.
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在150℃的条件下晶化30小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
实施例5：
本实施例中，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛与钛酸正丁酯按照质量比为1：5的比例配制成的溶液滴加到温度为60℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在80℃温度下陈化30小时。
步骤S3：将陈化后溶液在40℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛，二氧化钛的晶粒尺寸为12纳米.
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在150℃的条件下晶化35小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
实施例6：
本实施例中，包括以下几个步骤：
步骤S1：将四氯化钛与钛酸正丁酯按照质量比为1：8的比例配制成的溶液滴加到温度为50℃无水乙醇中形成均匀的钛醇溶液。
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在70℃温度下陈化35小时。
步骤S3：将陈化后溶液在50℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛，二氧化钛的晶粒尺寸为6纳米.
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料。
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在100℃的条件下晶化45小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤S1：将钛的卤化物、钛的烷氧化物或者它们的混合物作为前驱体在5~80℃温度下滴加到无水醇中形成均匀的钛醇溶液；
步骤S2：将步骤S1中得到的钛醇溶液在0~100℃温度下陈化1~100小时；
步骤S3：将陈化后溶液在40~150℃条件下进行受控非水溶胶凝胶处理，得到白色粉末状二氧化钛；
步骤S4：将步骤S3所得二氧化钛粉末通过旋蒸得到中性二氧化钛浆料；
步骤S5：向中性二氧化钛浆料中加入硝酸镧或铁酸锌，并进行超声波分散，将分散后的浆料放入反应釜中，在100~180℃的条件下晶化30~48小时得到锐钛型纳米钛溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的钛的卤化物为四氯化钛。
3.根据权利要求1所述的一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的钛的烷氧化物为钛酸正丁酯、钛酸四乙酯或钛酸异丙酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的无水醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、苯甲醇中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种锐钛型纳米钛溶胶的制备方法，其特征在于：所述的钛的卤化与钛的烷氧化物的质量比在1：3至1：8之间。
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| CN101830501A (zh) * | 2009-03-13 | 2010-09-15 | 复旦大学 | 一种可溶性锐钛型二氧化钛的制备方法 |
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