CN1194935C - 核－壳结构纳米钛系复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核-壳结构纳米钛系复合物及其制备方法，采用均匀沉淀法，一步完成沉淀反应和化学处理，经透射电镜检测，初级粒子尺寸为30-80nm，经X-射线衍射检测，晶粒尺寸为10-30nm，经X-射线电子能谱分析，硅或铝的氧化物主要富集于表面的壳层，经沉降性分析，该核-壳结构纳米钛系复合物在去离子水中的沉降速度缓慢，分散性大大优于同样方法制备的纳米二氧化钛。
Description
技术领域
本发明涉及一种核-壳结构纳米钛系复合物及其制备方法。
背景技术
纳米二氧化钛由于颗粒的超细化，产生了许多大颗粒二氧化钛所不具备的特性：(1)比表面积大；(2)表面活性能高；(3)紫外光屏蔽率高；(4)磁性强；(5)热导性好。因而在光催化、功能高分子材料、传感器、催化剂载体等领域得以广泛应用。随着纳米二氧化钛应用领域的扩大，如何制备性能优异、成本低、分散性好的纳米二氧化钛，成为研究和开发领域的热点和难点。各种相应的制备方法应运而生，如气相水解法、气相氧化法、胶溶法、溶胶凝胶法、水热合成法、液相沉淀法等，气相水解法和气相氧化法所制备的纳米二氧化钛纯度高、粒径小、分散性好，但反应在高温下瞬间完成，对设备和工艺控制要求较高，难以工业化推广；胶溶法制备的纳米二氧化钛分散性、透明度高，但工艺流程长、成本较高；溶胶凝胶法成本较高，比较适合于原位复合法制备纳米二氧化钛复合材料；水热法制备的纳米二氧化钛粒径小、分布均匀、团聚少，但设备要求耐高压、高温，成本较高；相比较而言，液相沉淀法制备纳米二氧化钛成本较低，工艺相对简单，工艺条件易于控制，适合于工业化推广，控制工艺条件，可以控制粒子尺寸和分布。中国专利CN1192992公开了一种均匀沉淀法制备纳米二氧化钛的方法，工艺相对简单，易于工业化。
上述众多技术方法，都可以制备粒径较小的纳米二氧化钛，但提高纳米二氧化钛的分散及分散稳定性，特别是防止应用过程中的二次凝聚，依然是一项技术难点。为了解决纳米二氧化钛的凝聚和分散问题，更好地发挥纳米二氧化钛的优异性能，通常采用表面处理的方法，提高纳米二氧化钛的分散性。
中国专利CN1296917公开了一种纳米二氧化钛表面处理的方法，是在二氧化钛成型之后，采用表面活性剂，分别进行亲水和亲油处理，提高了纳米二氧化钛的分散性。中国专利CN1328962公开了一种制备纳米二氧化钛的方法，是在洗涤过滤之后进行无机包膜处理，提高纳米二氧化钛的分散性和耐候性。中国专利CN1296917公开了一种复合单分散均匀纳米二氧化钛球型颗粒的制备方法，是以钛酸酯为原料，在极性有机溶剂中添加二氧化硅，制备尺寸可控的分散性好的纳米二氧化钛。
纳米二氧化钛表面处理的方法还有很多，如高能处理法、机械化学法、表面接枝法等。其大部分是采用后处理的方法，工艺线路较长，且后处理的方法所制备的纳米二氧化钛，许多物理指标均取决于其前道工序，因而后处理功能发挥受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的目的是：提供一种核-壳结构纳米钛系复合物及其制备方法，采用均匀沉淀法，一步完成沉淀反应和化学处理，制备分散性稳定的核-壳结构纳米钛系复合物。
本发明的技术方案是：一种核-壳结构纳米钛系复合物，核的化学组成为二氧化钛，壳的化学组成为钛、硅和/或铝的复合物，其组分为：
TiO2的质量百分数为90-99％
SiO2或Al2O3或SiO2+Al2O3的质量百分数为1-10％。
所述复合物的粒径为30-80nm。
一种如上所达的核-壳结构纳米钛系复合物的制备方法，采用均匀沉淀法，以偏钛酸为原料，尿素为沉淀剂，以Al2(SO4)3或Na2SiO3或Al2(SO4)3+Na2SiO3为无机分散剂，其特征在于包括下列步骤：
(1)定量称取偏钛酸，加入18％的硫酸溶液，调节pH值至1-2，搅拌并缓慢加热至90-100℃，反应1-1.5小时；
(2)定量称取尿素，尿素与偏钛酸的摩尔比为1∶1-5∶1，加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应1-1.5小时；
(3)定量称取硫酸铝或硅酸钠或硫酸铝+硅酸钠，缓慢加入步骤(2)的混合物中，继续搅拌反应2-3小时，得白色沉淀；
(4)沉淀物经过滤、洗涤、真空干燥后在400-800℃下煅烧，得到纳米二氧化钛的复合物。
本发明的优点是：
1.本发明采用均匀沉淀法，溶剂为水，产物易于纯化，无污染。
2.本发明采用沉淀反应和化学处理的一步法制备方法，工序短，工艺条件可控，产物结构和粒径可控。
3.本发明的粒径小，分散性好。
附图说明
图1为核-壳结构纳米钛系复合物的结构示意图；
其中：A-二氧化钛；B-钛、硅和/或铝的复合物。
图2为实施例一、二、三与对比例实验结果对照表；
图3对比例的透射电镜照片；
图4为实施例一的透射电镜照片；
图5为实施例二的透射电镜照片；
图6为实施例三的透射电镜照片；
图7为X射线衍射图谱；
图8为纳米粉体在去离子水中的浊度-时间曲线。
具体实施方式
实施例一：核-壳结构纳米钛系复合物的制备方法之一：
(1)定量称取偏钛酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，调节pH值至1-2，搅拌并缓慢加热至95℃，反应1.5小时；
(2)定量称取尿素，尿素与偏钛酸的摩尔比为5∶1，加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应1.2小时；
(3)定量称取硅酸钠3.03g，分散在30ml水中，缓慢加入步骤(2)的混合物中，继续搅拌反应2.5小时，得白色沉淀；
(4)沉淀物经过滤、洗涤、真空干燥后在400℃下煅烧，得到纳米二氧化钛/二氧化硅的复合物。
实施例二：核-壳结构纳米钛系复合物的制备方法之二：
(1)定量称取偏钛酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，调节pH值至1-2，搅拌并缓慢加热至95℃，反应1.5小时；
(2)定量称取尿素，尿素与偏钛酸的摩尔比为5∶1，加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应1.2小时；
(3)定量称取硫酸铝2.13g，分散在30ml水中，缓慢加入步骤(2)的混合物中，继续搅拌反应2.5小时，得白色沉淀；
(4)沉淀物经过滤、洗涤、真空干燥后在400℃下煅烧，得到纳米二氧化钛/三氧化二铝的复合物。
实施例三：核-壳结构纳米钛系复合物的制备方法之三：
(1)定量称取偏钛酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，调节pH值至1-2，搅拌并缓慢加热至95℃，反应1.5小时；
(2)定量称取尿素，尿素与偏钛酸的摩尔比为5∶1，加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应1.2小时；
(3)定量称取硅酸钠1.52g和硫酸铝1.07g，分散在30ml水中，缓慢加入步骤(2)的混合物中，继续搅拌反应2.5小时，得白色沉淀；
(4)沉淀物经过滤、洗涤、真空干燥后在400℃下煅烧，得到纳米二氧化钛/二氧化硅/三氧化二铝的复合物。
经上述步骤制备的纳米二氧化钛系复合物，经透射电镜检测，初级粒子尺寸为30-80nm，经X-射线衍射检测，晶粒尺寸为10-30nm，经X-射线电子能谱分析，硅或铝的氧化物主要富集于表面的壳层，经沉降性分析，该核-壳结构纳米钛系复合物在去离子水中的沉降速度缓慢，分散性大大优于同样方法制备的纳米二氧化钛。
Claims (3)
1.一种核-壳结构纳米钛系复合物，其特征在于，核的化学组成为二氧化钛，壳的化学组成为钛、硅和/或铝的复合物，其组分为：
TiO2的质量百分数为90-99％
SiO2或Al2O3或SiO2+Al2O3的质量百分数为1-10％。
2.根据权利要求1所述的核-壳结构纳米钛系复合物，其特征在于：所述复合物的粒径为30-80nm。
3.一种如上所述的核—壳结构纳米钛系复合物的制备方法，其特征在于：采用均匀沉淀法，以偏钛酸为原料，尿素为沉淀剂，以Al2(SO4)3或Na2SiO3或Al2(SO4)3+Na2SiO3为无机分散剂，其特征在于包括下列步骤：
(1)定量称取偏钛酸，加入18％的硫酸溶液，调节pH值至1-2，搅拌并缓慢加热至90-100℃，反应1-1.5小时；
(2)定量称取尿素，尿素与偏钛酸的摩尔比为1∶1-5∶1，加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应1-1.5小时；
(3)定量称取硫酸铝或硅酸钠或硫酸铝+硅酸钠，缓慢加入步骤(2)的混合物中，继续搅拌反应2-3小时，得白色沉淀；
(4)沉淀物经过滤、洗涤、真空干燥后在400-800℃下煅烧，得到纳米二氧化钛的复合物。
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