CN113896229A - 一种纳米二氧化钛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米二氧化钛的制备方法，该纳米二氧化钛的制备方法利用新型的固液界面合成方法获得纳米二氧化钛材料。该纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：首先，将钛氧化合物粉末与少量的水和催化剂混合；其次，将上述混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末密封；接着，对上述密封后的混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末进行热处理，获得纳米二氧化钛产物。
Description
技术领域
本申请特别涉及一种纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术
纳米二氧化钛是指粒径小于100纳米的二氧化钛，具有小的粒径、高的比表面积、优异的光催化活性、稳定的化学与热性能、超亲性等特殊效应，在空气治理、杀菌消毒、自清洁材料、防晒护肤品等领域具有不可替代的应用优势。如纳米二氧化钛可用于分解甲醛、苯、TVOC、SOx、NOx等，也可以用于冰箱污染异味清除、空调气洁净等，起到室内、车内空气治理的功效；纳米二氧化钛应用于玻璃、百叶窗、镜子、路灯等表面，可以实现自清洁效果；纳米二氧化钛还在医疗设备、导管、手术室、防晒化妆品、防晒服、增白产品、耐老化涂料等领域广泛应用；此外，纳米二氧化钛还可用于锂离子电池的负极材料、氢能源的光催化或光电催化制取等能源转化及存储领域。
目前，纳米二氧化钛的制备方式主要有气相法和液相法两种。气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。气相法主要包括气体冷凝法、溅射法、活性氢-熔融金属反应法、流动液面上真空蒸发法、混合等离子法和通电加热蒸发法等。气相法通常反应温度高，工艺技术复杂，对设备和技术的要求高，投资大，因此产品成本高。同气相合成法相比，液相合成法具有反应易控制、设备简单、能耗少等优点，是目实验室和工业上广泛采用制备二氧化钛材料的方法。液相法主要包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法等。这些方法获得的纳米二氧化钛材料产率低、颗粒大小分布通常不均匀，工艺流程也较长。
纳米二氧化钛材料的粒径大小和水溶性的分散性程度直接决定了纳米二氧化钛材料在空气治理等各领域的应用效果，并最终决定了基于纳米二氧化钛材料开发的各种衍生类产品的性能。纳米二氧化钛材料的粒径大小和水溶性的分散性程度也直接决定了纳米二氧化钛材料的价格。受制备技术与合成工艺等影响，当前市场上所谓的纳米二氧化钛粉体都是由纳米级颗粒团聚而成的大颗粒，并不是真正意义上的纳米二氧化钛材料，这些材料在水中分散性差、不透明、易于沉降，造成在实际应用中具有很大的缺陷；同时，纳米二氧化钛材料的价格普遍较高，其价格是微米、亚微米二氧化钛材料的几十到上百倍。因此，发达国家如美国、日本和欧洲等国在纳米二氧化钛方面的研究工作十分活跃，前后投入了大量人力、物力，但性能优异的纳米二氧化钛材料始终没有被低成本、大规模的开发出来。
发明内容
为低成本、大规模的开发出性能优异的纳米二氧化钛材料，本发明的一个目的是提供一种新型的固液界面合成方法获得的纳米二氧化钛材料。本技术发明解决了单分散纳米材料无法规模化、低成本生产的技术难题，降低了生产成本，减少了纳米级二氧化钛粒子的团聚，增加了水溶性与分散性，提升了应用效果和使用领域。
本发明实现上述目的的原理是将钛氧化合物粉末前驱物与少量的水混合，在前驱物固体表面形成一层薄薄的水层，并在催化剂的作用下，加热条件下促使钛氧化合物粉末前驱物经“溶解-限域生长”逐渐转化为粒径均一的结晶性纳米二氧化钛颗粒产物。
本发明获得的“溶解-限域生长”的化学机理过程与水热法的“溶解-生长”过程具有显著的差异和技术创新效果，其中，水热法是以水作为溶剂，通常需要将反应物完全浸泡并分散在水中进行反应。而本技术中的反应物只和少量水混合，仅在表面有一层薄薄水层，这就限制了转化时反应物粉体经溶解和再结晶过程中的离子扩散迁移路径和距离，使转化反应限制在微小体积内，从而获得尺寸大小均一、超细的纳米材料产物；同时，本发明中的催化剂促使前驱物溶解，增加了溶质钛离子在薄薄水层的浓度和成核数量，进一步促进颗粒大小均匀的纳米二氧化钛产物的形成，最终形成单分散纳米二氧化钛材料。
具体的，为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
首先，将钛氧化合物粉末与少量的水和催化剂混合；
其次，将上述混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末密封；
接着，对上述密封后的混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末进行热处理，获得纳米二氧化钛产物。
作为一种优选的实施方式，所述钛氧化合物粉末包括低结晶性二氧化钛、无定型二氧化钛、钛酸、偏钛酸、氢氧化钛、多钛酸、水合钛酸中的一种或者几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述钛氧化合物粉末由钛源经水解、分离、提纯和干燥过程后获得；所述钛源选自硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、三氯化钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、钛醇盐、氟钛酸、四氟化钛中的一种或者几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述钛氧化合物粉末由纳米钛酸盐经酸交换、洗涤和提纯过程后获得。
作为一种优选的实施方式，所述钛氧化合物粉末由钛金属通过阳极氧化制备得到；或者，所述钛氧化合物粉末由钛金属在酸性溶液中与双氧水加热反应获得。
作为一种优选的实施方式，所述少量的水与钛氧化合物的质量百分比为百分之一至百分之百。
作为一种优选的实施方式，所述少量的水与钛氧化合物的质量百分比为百分之五至百分之五十。
作为一种优选的实施方式，所述少量的催化剂与钛氧化合物的质量百分比为千分之一至百分之三十。
作为一种优选的实施方式，所述少量的催化剂与钛氧化合物的质量百分比为百分之一至百分之十五。
作为一种优选的实施方式，所述催化剂为酸；所述酸选自盐酸、高氯酸、次氯酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、乙酸中的一种或者几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述催化剂为氯化物，所述氯化物选自四氯化钛、三氯化钛、氯氧化钛、四氯化硅、氯化铝、氯化锆中的一种或者几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述混合过程可以是先将水加入钛氧化合物粉末后再加入催化剂，或者，先将催化剂加入钛氧化合物粉末后再加入水，或者，同时将催化剂和水加入到钛氧化合物粉末中，或者，将催化剂和水混合后再加入到钛氧化合物粉末中。
作为一种优选的实施方式，所述密封为将混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末放入体积固定的容器中密封；所述体积固定的容器在加热的情况下不发生体积变化。
作为一种优选的实施方式，所述热处理的方式选自微波加热、电加热、油加热、水蒸气加热方式中的一种。
作为一种优选的实施方式，所述热处理为低温热处理；所述热处理的温度为100摄氏度至200摄氏度；所述热处理的时间为2小时至24小时。
本发明的优点在于：
1.合成的二氧化钛纳米粒子尺寸均一，粒径大小和晶相均可控。
2.合成的二氧化钛材料与水混合可自发分散形成纳米二氧化钛粒子稳定悬浮的水分散液。
3.合成的二氧化钛材料分散液紫外光吸收强，同时在可见光区域具有极高的透光性，大大拓展了应用领域。
4.该二氧化钛光催化剂具有优异的光催化活性，催化效率是P25材料的10倍。
5.整个合成过程在低温、低压下进行，工艺过程简单，成本低，可规模化合成应用。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的技术的“溶解-限域生长”的化学机理过程，获得小尺度、粒径均匀的纳米材料；
图2为传统水热法的“溶解-生长”过程，产物粒径大小不均匀，形成大颗粒；
图3为实施例1获得的产物经水分散后滴涂在硅片上，干燥后观察得到的扫描电镜图；
图4为实施例1制备得到的二氧化钛产物的X射线衍射图，主要晶相为锐钛矿相；
图5为实施例1得到的纳米二氧化钛产物加水后获得的质量分数为百分之一的水分散液，具有稳定的胶体状分散状态；
图6为实施例1得到的浓度为万分之五的纳米二氧化钛水分散液与P25水分散液的紫外-可见光吸收曲线；
图7为实施例1得到的纳米二氧化钛产物及P25的光催化降解罗丹明B的曲线；
图8为对比例1获得的产物经水分散后滴涂在硅片上，干燥后观察得到的扫描电镜图；
图9为对比例1得到的产物加水后获得的悬浊液经24小时后沉淀分层的结果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入1毫升的水和0.25克的四氯化钛，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得纳米二氧化钛产物。
本发明实施例提供了一种新型的固液界面合成方法获得纳米二氧化钛材料，该技术原理如图1所示。将钛氧化合物粉末前驱物与少量的水混合，可在前驱物固体表面形成一层薄薄的水层，并在催化剂的作用下，加热条件下促使钛氧化合物粉末前驱物经“溶解-限域生长”逐渐转化为粒径均一的结晶性纳米二氧化钛颗粒产物。
同水热法(图2所示)相比，本技术获得的“溶解-限域生长”的化学机理过程与水热法的“溶解-生长”过程具有显著的差异和技术创新效果，本技术中的反应物只和少量水混合，仅在表面有一层薄薄水层，限制了转化时反应物粉体经溶解和再结晶过程中的离子扩散迁移路径和距离，使转化反应限制在微小体积内，从而获得尺寸大小均一、超细的纳米材料产物；同时，本技术中的催化剂促使前驱物溶解，增加了溶质钛离子在薄薄水层的浓度和成核数量，进一步促进颗粒大小均匀的纳米二氧化钛产物的形成，最终形成单分散纳米二氧化钛材料。
上述说明也可以在图3-图7中得到证明。取少量实施例1获得产物分散于去离子水中后取少量滴在硅片上，自然晾干，将晾干后的硅片用导电胶粘附在扫描电镜的样品台上，用于扫描电镜观察样品的形貌，如图3所示。从图3可以看出产物二氧化钛纳米粒子的粒径为5纳米至10纳米，进而说明本实施例获得的纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性较好。
图4是实施例1制备得到的二氧化钛产物的X射线衍射图，从图4可以看出本实施例1制得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相，具有较好的结晶性。将本实施例1得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为百分之一的纳米二氧化钛分散液，如图5所示，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置1年以上溶液未发生分层现象。将实施例1得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，后取上述分散液体于1厘米厚的石英比色皿中，测试样品的紫外-可见光吸收曲线。如图6所示，本实施例1得的二氧化钛材料分散液在极低的浓度下，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之九十五以上。同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，具体的比较方式为，分别称取本实施例1获得的产物和P25(德固萨)样品1克分散于100毫升浓度为2.0×10-5摩尔每升的罗丹明B溶液中，放置在暗处磁搅拌30分钟，使其达到温度平衡和吸附平衡。后开启紫外灯，搅拌，每隔固定时间取出3毫升样品，离心分离颗粒，用紫外-可见光谱仪在550纳米处测量溶液的吸光度，计算罗丹明B的剩余浓度。图7中可以看出，本实施例1获得的产物二氧化钛光催化剂具有优异的光催化活性，催化效率是P25材料的10倍。
综上，本发明的优点在于：(1)合成的二氧化钛纳米粒子尺寸均一，粒径大小和晶相均可控；(2)合成的二氧化钛材料与水混合可自发分散形成纳米二氧化钛粒子稳定悬浮的水分散液；(3)合成的二氧化钛材料分散液紫外光吸收强，同时在可见光区域具有极高的透光性，大大拓展了材料的应用领域；(4)该二氧化钛光催化剂具有优异的光催化活性，催化效率是P25材料的10倍；(5)整个合成过程在低温、低压下进行，工艺过程简单，成本低，可规模化合成应用。
实施例2
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入0.1毫升的水和1.25克的四氯化钛，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例2获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在8纳米至20纳米。X射线衍射证实本实施例2获得的纳米二氧化钛含有少量的金红石相，主要晶相为锐钛矿相。
将本实施例2得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为百分之一的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置半年以上溶液未发生分层现象。
将实施例2得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之三的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之九十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例2获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例2获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的8倍。
实施例3
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入2毫升的水和0.5克的四氯化钛，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例3获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在10纳米至20纳米。X射线衍射证实本实施例3获得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相。
将本实施例3得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之五的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置半年以上溶液未发生分层现象。
将实施例3得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之八十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例3获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例3获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的7倍。
实施例4
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入4毫升的水和0.05克的四氯化钛，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例4获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性较好，纳米二氧化钛粒径主要分布在10纳米至50纳米。X射线衍射证实本实施例4获得的纳米二氧化钛含有少量的金红石晶相，主要晶相为锐钛矿相。
将本实施例4得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之一的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置三个月以上溶液未发生分层现象。
将实施例4得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之七十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例4获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例4获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的5倍。
实施例5
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加0.5摩尔每升的氢氧化钠溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除钠离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除钠离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下加入2毫升质量浓度为百分之二十的盐酸溶液，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入烘箱中，在140摄氏度下加热20小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例5获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在8纳米至20纳米。X射线衍射证实本实施例5获得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相，含有少量的金红石相。
将本实施例5得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之五的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置半年以上溶液未发生分层现象。
将实施例5得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于380纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之八十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例5获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例5获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的7.5倍。
实施例6
取20克硫酸氧钛缓慢加入到500毫升水中，搅拌形成溶液；后在搅拌下缓慢滴加0.8摩尔每升的氢氧化钾溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除钾离子和硫酸根离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除钾根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入1毫升的水和2毫升的浓硝酸，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入油浴中，在180摄氏度下加热10小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例6获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在20纳米至50纳米。X射线衍射证实本实施例6获得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相。
将本实施例6得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之一的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置一个月以上溶液未发生分层现象。
将实施例6得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之五十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例6获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例6获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的3倍。
实施例7
将20克钛酸四丁酯缓慢滴加到500毫升去离子水中，搅拌形成钛酸沉淀；将上述钛酸沉淀经分离洗涤操作去除有机物，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入1毫升的水和1毫升的三氯化钛，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入烘箱中，在120摄氏度下加热24小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例7获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在5纳米至20纳米。X射线衍射证实本实施例7获得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相和少量金红石相。
将本实施例7得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之五的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置半年以上溶液未发生分层现象。
将实施例7得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之八十五以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例7获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例7获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的8.5倍。
实施例8
取5克海绵钛粉分散到500毫升含有浓度为1摩尔每升的硝酸和质量浓度为百分之五的双氧水溶液中，80摄氏度下搅拌获得钛氧化合物沉淀；将上述钛氧化合物沉淀经分离、洗涤和干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入0.5毫升的水和0.5毫升的四氯化硅，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入油浴中，在160摄氏度下加热15小时，获得纳米二氧化钛产物。
扫描电镜观察本实施例8获得的产物纳米二氧化钛具有小的粒径，单分散性好，纳米二氧化钛粒径主要分布在10纳米至30纳米。X射线衍射证实本实施例8获得的纳米二氧化钛主要晶相为锐钛矿相。
将本实施例8得到的纳米二氧化钛产物加入到水中，获得质量分数为千分之五的纳米二氧化钛分散液，该分散液具有很好的单分散性，在水溶液中可以形成稳定的胶体状分散液，纳米粒子悬浮稳定、不团聚也不易沉降，放置半个月以上溶液未发生分层现象。
将实施例8得到的纳米二氧化钛分散于水中，形成浓度为万分之五的水分散液，该水溶液在1厘米厚的石英比色皿中，能完全吸收小于370纳米的紫外光，紫外线吸收能力强；同时在大于400纳米的可见光区域具有极高的透光性，透光度大于百分之六十以上。
同P25等其它纳米二氧化钛材料相比，本实施例8获得的产品大大的拓展了二氧化钛材料在紫外吸收、美观等产品领域的应用。本实施例8获得纳米二氧化钛材料具有很好的光催化活性，在太阳光照射下分解罗丹明B染料的效率大约是商业P25材料的5.5倍。
对比例1
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入10毫升的水和0.25克的四氯化钛，持续搅拌形成悬浊液。随后，将上述悬浊液放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得产物。
如扫描电镜图8所示，本对比例获得产物中纳米二氧化钛颗粒大小不均匀，含有大量的大颗粒，产物形貌结构差异显著，有棒状颗粒形态，也有小颗粒团聚体形态。如图9所示，本对比例获得的二氧化钛产物无法分散在水中形成稳定、透明的分散液，即使经长时间超声搅拌，也只能得到悬浊液体，且这个悬浊液体在几个小时内便会出现沉淀分层。XRD测试表明本对比例获得的二氧化钛产物中含有大量的金红石相二氧化钛，无法获得实施例1得到的高活性锐钛矿相二氧化钛；本对比例产品的光催化性能小于P25商业产品，效率只是P25的二分之一，也仅为实施例1产品性能的二十分之一，光催化性能极差；此外，本对比例1得的二氧化钛材料分散液在极低浓度下的可见光透光度小于百分之十，大大限制了该材料在自清洁、美观、膜等产品领域的应用。本对比例在产物形貌、分散性、催化效率等结构、性能上均无法获得实施例产物的发明效果。
对比例2
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下分别加入10毫升的水和2.5克的四氯化钛，持续搅拌形成悬浊液。随后，将上述悬浊液放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得产物。本对比例获得的产物同对比例1获得的产物基本一致，无法分散在水中形成分散液，得到的产物为悬浊液体，几个小时内便会出现沉淀分层；此外，本对比产物中含有大量的金红石相，光催化性能小于P25商业产品，仅为P25的0.3倍，光催化性能不佳。本对比例在产物形貌、分散性、催化效率等结构、性能上均无法获得实施例产物的发明效果。
对比例3
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下加入1.25毫升的水，持续搅拌形成微湿的钛氧化合物粉末混合物。随后，将上述微湿的钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得产物。本对比例无法将反应物完全转化为结晶性的纳米二氧化钛产物，本对比例获得产物无法分散在水中形成分散液，得到的产物为悬浊液体，几个小时内便会出现沉淀分层；此外，本对比产物的光催化性能小于P25商业产品，仅为P25的0.8倍，光催化性能不佳。本对比例在产物形貌、分散性、催化效率等结构、性能上均无法获得实施例产物的发明效果。
对比例4
取20克四氯化钛液体缓慢滴加到30毫升水中，搅拌形成溶液；将上述溶液加水稀释至500毫升，后在搅拌下缓慢滴加1.0摩尔每升的氨水溶液至最终溶液的pH值为中性，获得钛酸盐沉淀；将上述钛酸盐沉淀经分离洗涤操作去除铵根离子和氯离子，后在酸溶液中进行酸交换完全去除铵根离子，经分离干燥后获得钛氧化合物粉末。随后，取5克上述获得的钛氧化合物粉末，搅拌下加入1.25克的四氯化钛。随后，将上述钛氧化合物粉末混合物放入反应釜中密封。最后，将上述反应釜放入微波炉中，在160摄氏度下微波加热2小时，获得产物。本对比例无法将反应物完全转化为结晶性的纳米二氧化钛产物，本对比例获得产物无法分散在水中形成分散液，得到的产物为悬浊液体，几个小时内便会出现沉淀分层；此外，本对比产物的光催化性能小于P25商业产品，仅为P25的0.6倍，光催化性能不佳。本对比例在产物形貌、分散性、催化效率等结构、性能上均无法获得实施例产物的发明效果。
本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
Claims (10)
1.一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，将钛氧化合物粉末与少量的水和催化剂混合；
其次，将上述混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末密封；
接着，对上述密封后的混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末进行热处理，获得纳米二氧化钛产物。
2.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述密封为将混合少量水和催化剂的钛氧化合物粉末放入体积固定的容器中密封；所述体积固定的容器在加热的情况下不发生体积变化。
3.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述钛氧化合物粉末包括低结晶性二氧化钛、无定型二氧化钛、钛酸、偏钛酸、氢氧化钛、多钛酸、水合钛酸中的一种或者几种的组合。
4.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述钛氧化合物粉末由钛源经水解、分离、提纯和干燥过程后获得；所述钛源选自硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、三氯化钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯、钛醇盐、氟钛酸、四氟化钛中的一种或者几种的组合。
5.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述钛氧化合物粉末由纳米钛酸盐经酸交换、洗涤和提纯过程后获得。
6.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述钛氧化合物粉末由钛金属通过阳极氧化制备得到；或者，所述钛氧化合物粉末由钛金属在酸性溶液中与双氧水加热反应获得。
7.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述少量的水与钛氧化合物的质量百分比为百分之一至百分之百；优选的，所述少量的水与钛氧化合物的质量百分比为百分之五至百分之五十。
8.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述少量的催化剂与钛氧化合物的质量百分比为千分之一至百分之三十；优选的，所述少量的催化剂与钛氧化合物的质量百分比为百分之一至百分之十五。
9.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述催化剂为酸；所述酸选自盐酸、高氯酸、次氯酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、乙酸中的一种或者几种的组合；
或者，
所述催化剂为氯化物，所述氯化物选自四氯化钛、三氯化钛、氯氧化钛、四氯化硅、氯化铝、氯化锆中的一种或者几种的组合。
10.如权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述热处理为低温热处理；所述热处理的温度为100摄氏度至200摄氏度；所述热处理的时间为2小时至24小时。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517804B1 (en) * | 2000-02-29 | 2003-02-11 | Korea Atomic Energy Institute | TiO2 ultrafine powder, and process for preparing thereof |
| JP2006055746A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Tayca Corp | 広い波長領域において光触媒活性を有する酸化チタン光触媒およびその製造方法 |
| CN101580275A (zh) * | 2008-05-15 | 2009-11-18 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种制备二氧化钛空心球状粉体的方法 |
| CN102219255A (zh) * | 2011-04-02 | 2011-10-19 | 重庆大学 | 一种制备高稳定性混晶型纳米二氧化钛混悬液的方法 |
| CN105129849A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-09 | 上海大学 | 花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法 |
| CN105565374A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种油溶性纳米二氧化钛的制备方法 |
| CN106348340A (zh) * | 2016-07-28 | 2017-01-25 | 安徽师范大学 | 一种TiO2单晶空心四方纳米锥材料、制备方法及其应用 |
| CN110540238A (zh) * | 2019-10-17 | 2019-12-06 | 浙江迈实科技有限公司 | 一种改进水热法制备锐钛型纳米二氧化钛粉体的方法 |
| CN113896231A (zh) * | 2020-07-06 | 2022-01-07 | 宁波极微纳新材料科技有限公司 | 一种二氧化钛材料的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102070190A (zh) * | 2009-11-20 | 2011-05-25 | 西南科技大学 | 一种有序结构二氧化钛及其制备方法和用途 |
| CN109399705B (zh) * | 2018-11-08 | 2021-09-21 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 用于抗菌剂的二氧化钛分散液的制备方法及其产品和应用 |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517804B1 (en) * | 2000-02-29 | 2003-02-11 | Korea Atomic Energy Institute | TiO2 ultrafine powder, and process for preparing thereof |
| JP2006055746A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Tayca Corp | 広い波長領域において光触媒活性を有する酸化チタン光触媒およびその製造方法 |
| CN101580275A (zh) * | 2008-05-15 | 2009-11-18 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种制备二氧化钛空心球状粉体的方法 |
| CN102219255A (zh) * | 2011-04-02 | 2011-10-19 | 重庆大学 | 一种制备高稳定性混晶型纳米二氧化钛混悬液的方法 |
| CN105565374A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种油溶性纳米二氧化钛的制备方法 |
| CN105129849A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-09 | 上海大学 | 花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法 |
| CN106348340A (zh) * | 2016-07-28 | 2017-01-25 | 安徽师范大学 | 一种TiO2单晶空心四方纳米锥材料、制备方法及其应用 |
| CN110540238A (zh) * | 2019-10-17 | 2019-12-06 | 浙江迈实科技有限公司 | 一种改进水热法制备锐钛型纳米二氧化钛粉体的方法 |
| CN113896231A (zh) * | 2020-07-06 | 2022-01-07 | 宁波极微纳新材料科技有限公司 | 一种二氧化钛材料的制备方法 |
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