專利名稱：一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米二氧化鈦顆粒的制備領(lǐng)域，特別涉及一種采用高強酸制備金紅石 型納米二氧化鈦顆粒的方法。
背景技術(shù)：
近年來，納米材料的特殊性質(zhì)受到了普遍關(guān)注，這吸引了大批學者對納米材料的 合成進行了廣泛的研究。由于顆粒尺寸的細微變化，比表面積急劇增加。納米二氧化鈦具 有粒徑小、比表面積大、光催化、吸附性能好、紫外吸收率高等優(yōu)點而成為重要的無機功能 材料，廣泛應(yīng)用于涂料、光催化劑、化妝品、電子材料和功能陶瓷等領(lǐng)域，金紅石型耐熱性、 熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性優(yōu)于銳鈦礦型TiO高濂，鄭珊，張青紅.納米二氧化鈦光催化材料 及應(yīng)用[M].北京化學工業(yè)出版社，2002 :16-20。金紅石型納米TiO2具有更好的吸收紫 外線的功能，它在全部紫外區(qū)都具有有效的紫外線濾除能力，加上它的化學性質(zhì)穩(wěn)定(熔 點> 1800°C、熱分解溫度超過2000°C )、無毒(大鼠的LD50 > 5000mg/lg)和更好的耐候 性而得到廣泛的應(yīng)用。例如在清漆中含有0. 5% 4%的納米TiO2，便能防止木材受光照后 發(fā)黑；在食品包裝用塑料薄膜中加入0. 0.5%的納米TiO2可防止食品受光照后氧化， 以及肉類等食品在櫥窗中受熒光燈照射后氧化變色；在塑料中使用能防止塑料本身被日光 降解和老化；在農(nóng)用薄膜中使用能提高它的強度和耐久性；在化妝品使用可以提高化妝品 的防曬和抗紫外線的能力。另外，金紅石型納米T^2由于其特殊的電學性能，不僅可以用 于濕敏和壓敏元件，還可以用作傳感器材料檢測多種氣體。如納米T^2可檢測H2、CO等可 燃性氣體和02，特別是用作汽車尾氣傳感器，通過測定汽車尾氣中的氧含量，可以控制汽車 發(fā)動機的效率。而且由于金紅石型納米TW2更好的耐候性和顏料性能，所以在涂料和涂層 方面具有更加高的應(yīng)有價值鄧捷，吳立峰.鈦白粉應(yīng)用手冊[M].北京化學工業(yè)出版社， 2005。納米材料的制備方法很多，液相沉淀法通常采用的工藝路線是將氨水、(NH4)2CO3 或NaOH等堿類物質(zhì)加入到鈦鹽溶液中，生成無定形的Ti (OH)4，將生成的沉淀過濾、洗滌、干 燥后，控制溫度的不同，經(jīng)煅燒得到銳鈦礦型或金紅石型納米TW2粉體沈毅，張智丹，沈上 越.二氧化鈦微米球形顆粒的制備與研究[J].硅酸鹽通報，2005，(3) :96-101。雖然該 法設(shè)備工藝簡單，制樣時間較短，技術(shù)要求不高，成本低等優(yōu)點，但是純度不高，而且粒徑控 制方面并未介紹。祖庸等水解溫度為33°C，η(鈦酸丁酯)η(乙醇)η(水)η(鹽 酸)=1 9 3 0.28，制備出了平均粒徑8nm 25nm，顆粒形態(tài)呈球形的TiO2粉體， 550°C鍛燒為銳鈦礦型，800°C鍛燒為金紅石型祖庸，李曉娥，衛(wèi)志賢.超細TW2的合成研 究溶膠-凝膠法[J].西北大學學報，1998，觀(1) :51-56。此法依然未實現(xiàn)對顆粒粒徑 的控制。尹荔松等人在上述體系中加人冰醋酸作為鰲合劑，以控制鈦酸丁醋的水解速度，系 統(tǒng)考察H2O/鈦醇鹽的摩爾體系、pH值、乙醇/鈦酸丁醋摩爾比及水解溫度等因素對膠凝時 間的影響。尹荔松，周歧發(fā)，唐新桂，等.溶膠-凝膠法制備納米的膠凝過程機理研究[J]. 功能材料，1999，3(K4) :407-409]0該方法合成的納米粉體顆粒均勻、純度高、形狀易控制，
3但不能控制粒徑大小。^iao Tieliu先用氨水做沉淀劑，加入到異丁醇鈦乙醇溶液中，制 得Ti (OH)4沉淀物，再溶入硝酸中，加熱到80°C，恒溫池制得超細金紅石型納米二氧化鈦。 [Zhao TieLiu, Yao Shushan. Preparation and characterizationof highly dispersed nanocrystalline rutile powders[J]. Materials Letters,2007, (61) :2798_2803
在Pedraza等用TiCl3直接氧化法制備出金紅石型納米二氧化鈦Pedraza F，Vazquez A.Ostentationof Ti02 rutile at room temperature through direct oxidation of TiC13[J].J Phys Chem Solids，1999，60 :445_448；張艷峰由 TiOCl2 均相溶液采用低溫 (室溫 60°C)陳化直接制備了納米氧化鈦針形聚集體顆粒張艷峰，魏雨，賈振斌.Ti0C12 溶液低溫水解合成金紅石型氧化鈦納米粉[J].無機材料學報，2001，16(6) :1217-1219。 趙曉紅等用TiCl3低溫水熱法制備出金紅石型納米二氧化鈦趙曉紅，張淵明，等.低溫水 熱法制備高活性納米金紅石相二氧化鈦[J].化學研究與應(yīng)用，2006，18 (3) :235-238。這 些方法均為涉及粒徑控制。另一方面，已有報道表明，通過銳鈦礦納米晶種控制銳鈦礦納米顆粒粒徑Park N G, Lagemaat van de J, Frank A J. Comparison of dye-sensitized rutile and anatase based TiO2 Solarcells [J]. J. Phys. Chem. B, 2000,104(38) :8989_8994。應(yīng)該考慮到通過 用金紅石，銳鈦礦晶種數(shù)量來控制金紅石納米二氧化鈦顆粒大小，同時所制備的納米顆粒 粒徑均一。同時，可以在相同的PH等條件下，制備產(chǎn)率相當?shù)慕鸺t石納米顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦 顆粒的方法，該方法操作簡便，重復(fù)性好，每批次的粒徑均勻性好，具有粒徑可控，分散性好 等優(yōu)勢。本發(fā)明的一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1. 26M 5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0. 25M的溶液， 攪拌15 20min，得到透明溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)，自然冷卻到室溫，離 心去掉上層清液，然后用去離子水反復(fù)洗滌產(chǎn)物，即得。所述的高強酸為高氯酸、硫酸或硝酸。所述的鈦酸酯為異丙醇鈦或鈦酸四丁酯。所述的水熱反應(yīng)具體條件為于100 120°C陳化M 32h，再升溫至140 160°C 陳化72 80h。有益效果(1)本發(fā)明操作簡便，重復(fù)性好，每批次的粒徑均勻性好；(2)本發(fā)明具有粒徑可控，分散性好等優(yōu)勢，可以制備出不同粒徑的金紅石型納米 二氧化鈦超細粉體，為不同粒徑的金紅石型納米顆粒的制備與應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。


圖1是實施例1所得的金紅石型納米顆粒的透射電鏡圖片；圖2是實施例1所得的金紅石型納米顆粒的XRD圖片；圖3是實施例2所得的金紅石型納米顆粒的透射電鏡圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實施例1配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 5mL，逐滴加入1. 5mL異丙醇鈦，攪拌15min，得 到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)，加 熱到100°C陳化Mh，再升溫到140°C陳化72h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進行 離心操作，去掉上層清液。然后用去離子水反復(fù)洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。方案1在高氯酸濃度分別是a為1. 26M, b為1. 63M，c為1. 88M，d為2. 00M, e 為4. 00M, f為5. OOM時制得金紅石納米粒子的透射電鏡圖片見圖1，由圖估算出粒子的 平均粒徑分別約為 70nmX 13nm, 85nmX 13nm, 125nmX 18nm, 135nmX 19nm, 150nmX 16nm, 230nmX17nm 分散性能較好。圖 2 為 XRD 圖 a 為 1. 26M，b 為 1. 88M，c 為 2. 00M，d 為 4· 00M, e 為 5. OOM0實施例2配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL鈦酸四丁酯，攪拌15min， 得到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)， 加熱到100°C陳化Mh，再升溫到140°C陳化72h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進 行離心操作，去掉上層清液。然后用去離子水反復(fù)洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。方案2在添加不同數(shù)量晶種高氯酸濃度分別是a為4M，b為2M時制備金紅石納米 粒子的透射電鏡圖片見圖3，由圖估算出粒子的分別為200nmX15nm，IOOnmX20nm。實施例3配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL鈦酸四丁酯，攪拌20min， 得到透明溶液，鈦離子濃度為0. 25M，將20mL溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)， 加熱到120°C陳化32h，再升溫到160°C陳化80h，自然冷卻到室溫。白色乳液通過離心機進 行離心操作，去掉上層清液。然后用去離子水反復(fù)洗滌，最終得到白色TiO2納米粒子。
權(quán)利要求
1.一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1. 26M 5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0. 25M的溶液，攪拌 15 20min，得到透明溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)，自然冷卻到室溫，離心去 掉上層清液，然后用去離子水反復(fù)洗滌產(chǎn)物，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，其 特征在于所述的高強酸為高氯酸、硫酸或硝酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，其 特征在于所述的鈦酸酯為異丙醇鈦或鈦酸四丁酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法， 其特征在于所述的水熱反應(yīng)具體條件為于100 120°C陳化M 32h，再升溫至140 160°C 陳化 72 80h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用高強酸制備金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法，包括在1.26M～5M高強酸溶液中，逐滴加入鈦酸酯形成鈦離子濃度為0.25M的溶液，攪拌15～20min，得到透明溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)，自然冷卻到室溫，離心去掉上層清液，然后用去離子水反復(fù)洗滌產(chǎn)物，即得。本發(fā)明操作簡便，重復(fù)性好，每批次的粒徑均勻性好，具有粒徑可控，分散性好等優(yōu)勢，為不同粒徑的金紅石型納米顆粒的制備與應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號C01G23/053GK102145918SQ20111009713
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者俞海鋼, 周興平, 王美文 申請人:東華大學