CN108910943A - 一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，包括如下步骤：步骤1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；步骤2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应1‑2h，得到球磨液；步骤3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应3‑5h，冷却后过滤得到白色沉淀物；步骤4，将白色沉淀物放入乙醇‑醋酸溶液中，超声10‑30min，过滤后烘干得到白色粉体；步骤5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理2‑3h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。本发明以低温微波法为基础，解决了现有二氧化钛工艺制备环境苛刻，危险性高的问题，得到尺寸控制简单，性能良好的锐钛型二氧化钛。

Description

一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法。
背景技术
作为一种新型氧化技术，半导体光催化引起了人们的注意。光催化反应产生的强氧化性羟基自由基可将难以降解的有机污染物分解为二氧化碳和水，因此被广泛应用于有机污水处理。在各种半导体光催化剂中，二氧化钛因其无毒、化学性质稳定、催化活性高、价格低廉等优点，成为研究最多的光催化半导体材料之一。
锐钛型二氧化钛因其优良的光催化性能而被广泛应用，其制备通常采用200℃以上的高温锻烧。高温虽然可促进二氧化钛由非晶态向锐钛矿晶体的转变，但也可能会向周围环境中排放二氧化钛(来源于溶胶中的有机溶剂和钛醇盐等)等污染环境的副产物。高温(低于 250℃)水热法虽然也可以制备锐钛矿型 TiO2，然而需要密闭的环境，
对设备要求较高。
传统的液相沉积法所需要的时间较长(从几小时到几天不等)，TiO2 结晶度不高且所需前驱体的浓度也较高。微波加热可实现分子水平加热，加热均匀、快速且温度梯度小，可对混合组分进行选择性加热，可以有效地缩短反应时间，并且很多反应在前驱体浓度很低的情况下也可以发生。然而，由于大多数的微波反应都是在高压釜中或消解罐中进行的高温反应，体系具有较高的压力，对设备要求高，且操作比较危险，近年来的研究成果不是太多。低温常压下微波辅助法的操作更为安全，且对反应器皿没有要求，再加上微波加热所具有的优点，这种方法已显示出十分诱人的发展前景和广阔的发展潜力。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法，以低温微波法为基础，解决了现有二氧化钛工艺制备环境苛刻，危险性高的问题，得到尺寸控制简单，性能良好的锐钛型二氧化钛。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法，包括如下步骤：
步骤 1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；
步骤 2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应 1-2h，得到球磨液；
步骤 3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应 3-5h，冷却后过滤得到白色沉淀物；
步骤 4，将白色沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，超声 10-30min，过滤后烘干得到白色粉体；
步骤 5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理 2-3h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。
所述步骤 1 中的六氟钛酸铵在无水乙醇中的的浓度为 1-3g/mL，搅拌的速度为500-800r/min，所述氢氧化锂在加入量是六氟钛酸铵摩尔量的 8-10 倍，所述持续搅拌的速度为 1000-2000r/min。
所述步骤 2 中的球磨反应的温度为 30-50℃，球磨反应后的粒径为 50-500μm。
所述步骤 3 中的盐酸溶液采用浓盐酸，所述盐酸中的氯化氢的摩尔量是氢氧化锂的 1-1.2 倍，所述搅拌均匀的速度为 1000-1500r/min。
所述步骤 3 中的低温微波反应的温度为 70-75℃，功率为 100-150W，所述冷却的温度为 10-20℃。
所述步骤 4 中的乙醇-醋酸溶液中的乙醇与醋酸的体积比为 1.2-2.5，超声的温度为 40-50℃，频率为 40-50kHz。
所述步骤 5 中的紫外照射处理的紫外强度为 0.1-0.5mW/cm2，紫外采用 365nm的紫外灯。
所述步骤 5 中的密封反应釜的环境为温度为 25-35℃，湿度为 40-60%。
步骤 1 将六氟钛酸铵作为钛源，在无水乙醇中形成悬浊液，然后将氢氧化锂加入，并在搅拌过程中充分混合，形成混合的分散悬浊液。
步骤 2 将悬浊分散液加入至球磨反应釜中，在球磨反应釜中进行湿法球磨反应，能够进一步提升固体材料的分散混合效果，同时降低固体材料的颗粒大小；球磨反应过程中，温度在乙醇挥发温度之下，能够形成湿法球磨，湿法球磨解决了固体颗粒在温度下保持稳定。
步骤 3 采用盐酸作为酸液，将氢氧化锂溶解形成氯化锂，能够溶解于水中，同时为后续低温微波反应提供酸性条件；低温微波反应形成良好且稳定的水解反应，将六氟钛酸铵装化为氢氧化钛，形成稳定结构；同时乙醇水溶液能够降低水含量，提升水解中氢氧化钛转化为沉淀，有效的提升转化量。
步骤 4，将沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，能够将表面的杂质去除，同时能够在表面酸化，解决了表面羟基化而带来聚集问题；超声反应能够利用其强力离合能够快速作用至氢氧化钛结构表面，快速失去水分子，形成二氧化钛，同时将水分子与乙醇互溶，最后过滤得到锐钛型二氧化钛。
步骤 5 采用紫外光照条件作为二氧化钛的激活条件，辅以合适的高湿度环境，利用水分子在二氧化钛表面的催化特性，提升了二氧化钛的活性，得到稳定性与光催化活性俱佳的锐钛型二氧化钛。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明以低温微波法为基础，解决了现有二氧化钛工艺制备环境苛刻，危险性高的问题，得到尺寸控制简单，性能良好的锐钛型二氧化钛。
2.本发明采用球磨的方式将氢氧化锂与六氟钛酸铵充分混合，且将固体细化，为后续微波反应提供条件。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例 1
一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法，包括如下步骤：
步骤 1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；
步骤 2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应 1h，得到球磨液；
步骤 3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应 3h，冷却后过滤得到白色沉淀物；
步骤 4，将白色沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，超声 10min，过滤后烘干得到白色粉体；
步骤 5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理 2h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。
所述步骤 1 中的六氟钛酸铵在无水乙醇中的的浓度为 1g/mL，搅拌的速度为500r/min，所述氢氧化锂在加入量是六氟钛酸铵摩尔量的 8 倍，所述持续搅拌的速度为1000r/min。
所述步骤 2 中的球磨反应的温度为 30℃，球磨反应后的粒径为 50μm。
所述步骤 3 中的盐酸溶液采用浓盐酸，所述盐酸中的氯化氢的摩尔量是氢氧化锂的 1 倍，所述搅拌均匀的速度为 1000r/min。
所述步骤 3 中的低温微波反应的温度为 70℃，功率为 100W，所述冷却的温度为10℃。
所述步骤 4 中的乙醇-醋酸溶液中的乙醇与醋酸的体积比为 1.2，超声的温度为40℃，频率为 40kHz。
所述步骤 5 中的紫外照射处理的紫外强度为 0.1mW/cm2，紫外采用 365nm 的紫外灯。
所述步骤 5 中的密封反应釜的环境为温度为 25℃，湿度为 40%。
实施例 2
一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法，包括如下步骤：
步骤 1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；
步骤 2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应 2h，得到球磨液；
步骤 3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应 5h，冷却后过滤得到白色沉淀物；
步骤 4，将白色沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，超声 30min，过滤后烘干得到白色粉体；
步骤 5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理 3h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。
所述步骤 1 中的六氟钛酸铵在无水乙醇中的的浓度为 3g/mL，搅拌的速度为800r/min，所述氢氧化锂在加入量是六氟钛酸铵摩尔量的 10 倍，所述持续搅拌的速度为2000r/min。
所述步骤 2 中的球磨反应的温度为 50℃，球磨反应后的粒径为 500μm。
所述步骤 3 中的盐酸溶液采用浓盐酸，所述盐酸中的氯化氢的摩尔量是氢氧化锂的 1.2 倍，所述搅拌均匀的速度为 1500r/min。
所述步骤 3 中的低温微波反应的温度为 75℃，功率为 150W，所述冷却的温度为20℃。
所述步骤 4 中的乙醇-醋酸溶液中的乙醇与醋酸的体积比为 2.5，超声的温度为50℃，频率为 50kHz。
所述步骤 5 中的紫外照射处理的紫外强度为 0.5mW/cm2，紫外采用 365nm 的紫外灯。
所述步骤 5 中的密封反应釜的环境为温度为 35℃，湿度为 60%。
实施例 3
一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备方法，包括如下步骤：
步骤 1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；
步骤 2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应 2h，得到球磨液；
步骤 3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应 4h，冷却后过滤得到白色沉淀物；
步骤 4，将白色沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，超声 20min，过滤后烘干得到白色粉体；
步骤 5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理 3h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。
所述步骤 1 中的六氟钛酸铵在无水乙醇中的的浓度为 2g/mL，搅拌的速度为700r/min，所述氢氧化锂在加入量是六氟钛酸铵摩尔量的 9 倍，所述持续搅拌的速度为1500r/min。
所述步骤 2 中的球磨反应的温度为 40℃，球磨反应后的粒径为 300μm。
所述步骤 3 中的盐酸溶液采用浓盐酸，所述盐酸中的氯化氢的摩尔量是氢氧化锂的 1.1 倍，所述搅拌均匀的速度为 1300r/min。
所述步骤 3 中的低温微波反应的温度为 73℃，功率为 130W，所述冷却的温度为15℃。
所述步骤 4 中的乙醇-醋酸溶液中的乙醇与醋酸的体积比为 1.5，超声的温度为45℃，频率为 45kHz。
所述步骤 5 中的紫外照射处理的紫外强度为 0.3mW/cm2，紫外采用 365nm 的紫外灯。
所述步骤 5 中的密封反应釜的环境为温度为 30℃，湿度为 50%。
性能检测
实施例1 实施例2 实施例3
粒径 210nm 253nm 189nm
光催化降解率 98% 99% 99%
稳定性 95% 95% 97%
P25 的检测数据如下：光催化降解率为 76%，稳定性为 75%。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明以低温微波法为基础，解决了现有二氧化钛工艺制备环境苛刻，危险性高的问题，得到尺寸控制简单，性能良好的锐钛型二氧化钛。
2.本发明采用球磨的方式将氢氧化锂与六氟钛酸铵充分混合，且将固体细化，为后续微波反应提供条件。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将六氟钛酸铵加入至无水乙醇中搅拌至完全分散，然后氢氧化锂继续搅拌形成分散液；
步骤2，将分散液放入球磨反应釜中球磨反应1-2h，得到球磨液；
步骤3，将球磨液中加入盐酸溶液并搅拌均匀，然后低温微波反应3-5h，冷却后过滤得到白色沉淀物；
步骤4，将白色沉淀物放入乙醇-醋酸溶液中，超声10-30min，过滤后烘干得到白色粉体；
步骤5，将白色粉体放入密封反应釜中紫外照射处理2-3h，得到锐钛型二氧化钛颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤1中的六氟钛酸铵在无水乙醇中的的浓度为1-3g/mL，搅拌的速度为500-800r/miin，所述氢氧化锂在加入量是六氟钛酸铵摩尔量的8-10倍，所述持续搅拌的速度为1000-2000r/min。
3.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤2中的球磨反应的温度为30-50℃，球磨反应后的粒径为50-500μm。
4.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤3中的盐酸溶液采用浓盐酸，所述盐酸中的氯化氢的摩尔量是氢氧化锂的1-1.2倍，所述搅拌均匀的速度为1000-1500r/min。
5.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤3中的低温微波反应的温度为70-75℃，功率为100-150W，所述冷却的温度为10-20℃。
6.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤4中的乙醇-醋酸溶液中的乙醇与醋酸的体积比为1.2-2.5，超声的温度为40-50℃，频率为40-50kHz。
7.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤5中的紫外照射处理的紫外强度为0.1-0.5mW/cm2，紫外采用365nm的紫外灯。
8.根据权利要求1所述的一种锐钛型二氧化钛的低温微波制备法，其特征在于：所述步骤5中的密封反应釜的环境为温度为25-35℃，湿度为40-60％。
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