專利名稱：一種納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于納米材料的制備領(lǐng)域，具體地說是涉及一種納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦做為一種重要的無機(jī)功能材料，因其具有高的光催化活性、良好的耐候性、耐腐蝕性，強(qiáng)紫外線屏蔽能力以及能產(chǎn)生奇特顏色效應(yīng)等許多獨特的性能，而在廢水處理、防曬護(hù)膚、涂料和汽車工業(yè)、傳感器、功能陶瓷、光催化劑等諸多領(lǐng)域備受人們的關(guān)注。另外，二氧化鈦/有機(jī)基體納米復(fù)合材料可以將無機(jī)、有機(jī)、納米粒子的諸多特性集于一身，具有許多特異性能，正成為人們的研究熱點之一。
無論納米二氧化鈦還是二氧化鈦/有機(jī)基體納米復(fù)合材料的制備都要先選擇合適的二氧化鈦前驅(qū)體。常用的納米二氧化鈦前驅(qū)體主要包括有機(jī)鈦酸酯、四氯化鈦和硫酸鈦。但是有機(jī)鈦酸酯和四氯化鈦均為液相，且及其容易潮解，使得原料的儲存和運輸很不方便；同時有機(jī)鈦酸酯的價格偏高，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本偏高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)的推廣；另外，有機(jī)鈦酸酯和四氯化鈦的水解速度過快，不利于實驗條件的控制。而硫酸鈦雖然具有不宜潮解，價格低廉等優(yōu)點，但其只能溶解于水中，不能直接溶解于有機(jī)溶劑中，這就限制了其在制備二氧化鈦/有機(jī)基體復(fù)合材料方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的納米二氧化鈦前驅(qū)體中，有機(jī)鈦酸酯和四氯化鈦易潮解而不利于儲運、價格高導(dǎo)致成本高、水解速度過快而不利于實驗條件的控制；硫酸鈦不能直接溶解于有機(jī)溶劑中而限制了其應(yīng)用的缺陷，從而提供一種原料宜得、成本低廉、易于儲運，且水解速度適中的納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，包括如下步驟1)將硫酸鈦加入到水中，攪拌至完全溶解，形成硫酸鈦濃度大于1mol/L的溶液A；
所述的水可以是蒸餾水、二次蒸餾水和去離子水等較純凈的水；所述的溶液A優(yōu)選硫酸鈦的飽和溶液；2)向溶液A中加入乙酰丙酮，在15～75℃下攪拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量與溶液A中的硫酸鈦的摩爾比為2～5；3)在攪拌的情況下將溶液B加入到丙酮溶液，溶液B與丙酮的體積比小于0.5，則立刻有黃色顆粒生成，繼續(xù)攪拌1～12h，將上述溶液過濾或離心，得到淺黃色顆粒；所述的丙酮溶液中水的重量含量為0.1～1％；4)將步驟3)得到的淺黃色顆粒，自然風(fēng)干，或在40～80℃下烘干1～10h，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法制備的納米二氧化鈦前驅(qū)體具有如下優(yōu)點1.該納米二氧化鈦前驅(qū)體從硫酸鈦出發(fā)，原料宜得，成本低廉。
2.該納米二氧化鈦前驅(qū)體制備工藝流程簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
3.該納米二氧化鈦前驅(qū)體為固體、不宜于潮解，易于儲存和運輸。
4.該納米二氧化鈦前驅(qū)體水解速度適中，在制備二氧化鈦時反應(yīng)條件易于控制。
5.該納米二氧化鈦前驅(qū)體，直接經(jīng)高溫煅燒即可得到粒徑在100～500nm的二氧化鈦納米顆粒。
6.該納米二氧化鈦前驅(qū)體直接溶解于水中，不用任何處理即可得到粒徑為10nm左右，無團(tuán)聚現(xiàn)象的Ti(OH)4顆粒。
7.該納米二氧化鈦前驅(qū)體可以溶解于乙醇等有機(jī)溶劑之中，適于二氧化鈦/有機(jī)基體復(fù)合材料的制備。


圖1為本發(fā)明實施例1制備的納米二氧化鈦前驅(qū)體的TEM照片；圖2為本發(fā)明實施例1制備的納米二氧化鈦前驅(qū)體的熱分析曲線；圖3為本發(fā)明實施例1制備的納米二氧化鈦前驅(qū)體經(jīng)600℃煅燒后的XRD曲線；圖4為用為本發(fā)明實施例1制備的納米二氧化鈦前驅(qū)體直接溶于水中得到的Ti(OH)4納米顆粒。
具體實施例方式
實施例1.
將10g的硫酸鈦(0.078mol)加入到15ml蒸餾水中，攪拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入20ml(0.2mol)的乙酰丙酮，在15℃攪拌24h，形成棕褐色溶液B。在攪拌的情況下將溶液B 5ml緩慢加入到1L含水量為1％的丙酮溶液，則立刻有黃色顆粒生成，繼續(xù)攪拌12h。將上述溶液過濾，將得到的淺黃色顆粒自然風(fēng)干，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。
用透射電子顯微鏡(TEM)測試，如圖1所示，該納米二氧化鈦前驅(qū)體為球形顆粒，其粉體粒度在100～500nm范圍。
對該納米二氧化鈦前驅(qū)體進(jìn)行熱分析，其TG-DTA曲線如圖2所示，當(dāng)溫度達(dá)到500℃時，該納米二氧化鈦前驅(qū)體分解完全。
將此納米二氧化鈦前驅(qū)體在馬弗爐中600℃煅燒2h，即可得到球形分散的二氧化鈦納米顆粒，該二氧化鈦納米顆粒的粒徑在100～500nm的范圍，其XRD曲線如圖3所示，可見該二氧化鈦納米顆粒為銳鈦礦型。
將此納米二氧化鈦前驅(qū)體10g溶解于1L去離子水中，攪拌0.5～2h，不用任何其它的處理，即可得到白色的Ti(OH)4顆粒。其SEM照片如圖4所示，得到的Ti(OH)4納米顆粒的粒徑約為10nm，無團(tuán)聚現(xiàn)象，具有良好的分散性。將此顆粒在不同溫度下煅燒，也可得到二氧化鈦納米顆粒。
實施例2.
將12.8g的硫酸鈦(0.1mol)加入到10ml二次蒸餾水中，攪拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入0.2mol的乙酰丙酮，在75℃攪拌0.5h，形成棕褐色溶液B。在攪拌的情況下將溶液B 50ml緩慢加入到1L含水量為0.1％的丙酮溶液，則立刻有黃色顆粒生成，繼續(xù)攪拌1h。將上述溶液離心，將得到的淺黃色顆粒在40℃烘干10h，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。
實施例3.
將12.8g的硫酸鈦(0.1mol)加入到100ml去離子水中，攪拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入0.5mol的乙酰丙酮，在50℃攪拌12h，形成棕褐色溶液B。在攪拌的情況下將溶液B 200ml緩慢加入到1L含水量為0.5％的丙酮溶液，則立刻有黃色顆粒生成，繼續(xù)攪拌5h。將上述溶液離心，將得到的淺黃色顆粒在80℃烘干1h，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，包括如下步驟1)將硫酸鈦加入到水中，攪拌至完全溶解，形成硫酸鈦濃度大于1mol/L的溶液A；2)向溶液A中加入乙酰丙酮，在15～75℃下攪拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量與溶液A中的硫酸鈦的摩爾比為2～5；3)在攪拌的情況下將溶液B加入到丙酮溶液，溶液B與丙酮的體積比小于0.5，則立刻有黃色顆粒生成，繼續(xù)攪拌1～12h，將上述溶液過濾或離心，得到淺黃色顆粒；4)將步驟3)得到的淺黃色顆粒，自然風(fēng)干或烘干，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。
2.如權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，其特征在于所述的水為蒸餾水、二次蒸餾水或去離子水。
3.如權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，其特征在于所述的溶液A為硫酸鈦的飽和溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，其特征在于所述的丙酮溶液中水的重量含量為0.1～1％。
5.如權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法，其特征在于步驟4)中所述的烘干是在40～80℃下進(jìn)行1～10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及屬于納米材料的制備領(lǐng)域，具體地說是涉及一種納米二氧化鈦前驅(qū)體的制備方法。該方法包括將硫酸鈦加入到水中，攪拌至完全溶解，形成硫酸鈦濃度大于1mol/L的溶液A；然后加入乙酰丙酮，在15～75℃下攪拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量與溶液A中的硫酸鈦的摩爾比為2～5；最后邊攪拌邊將溶液B加入到丙酮溶液，溶液B與丙酮的體積比小于0.5，繼續(xù)攪拌，將得到的淺黃色顆粒自然風(fēng)干或烘干，得到本發(fā)明的納米二氧化鈦前驅(qū)體。該方法原料宜得、成本低廉、易于儲運；制得的納米二氧化鈦前驅(qū)體水解速度適中，在制備二氧化鈦時反應(yīng)條件易于控制；且可以溶解于乙醇等有機(jī)溶劑之中，適于二氧化鈦/有機(jī)基體復(fù)合材料的制備。
文檔編號C01G23/00GK1827529SQ20051005144
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者付紹云, 李元慶, 李明 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所