專利名稱：一種太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦(TiO2)是一種低廉、安全無(wú)毒且極穩(wěn)定的半導(dǎo)體光電催化材料，因其具有良好的濕敏、壓敏、氣敏性能，以及優(yōu)越的光電、介電效應(yīng)和光電化學(xué)穩(wěn)定性，故而在傳感器、光電催化劑、化妝品、高級(jí)涂料、白色顏料和環(huán)境凈化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在自然界中，TiO2具有板鈦礦、銳鈦礦和金紅石三種晶型。其中，金紅石是高溫?zé)崃W(xué)穩(wěn)定相，它具有較大的介電常數(shù)、較高的折射率、較好的紫外線屏蔽性能和較強(qiáng)的粉碎阻抗。一般金紅石的合成主要有兩種途徑，一是通過高溫煅燒得到，粉體經(jīng)歷無(wú)定形-銳鈦礦-金紅石的轉(zhuǎn)變過程。通常銳鈦礦到金紅石的轉(zhuǎn)變溫度為400 1000°C，轉(zhuǎn)變溫度與前驅(qū)體、反應(yīng)條件等密切相關(guān)。二是在一定溫度、PH等條件下從有機(jī)鈦酸酯(鹽)或無(wú)機(jī)鈦鹽的水解產(chǎn)物中得到。但是前者在相轉(zhuǎn)變過程中需經(jīng)歷晶粒的生長(zhǎng)、粗化，團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，從而降低了樣品的粒度條件，并且煅燒步驟增加了能耗；后者在得到金紅石的同時(shí)，往往伴隨著銳鈦礦或板鈦礦混晶的生成，而從混晶中分離出單一晶型的難度較大，必然降低金紅石的品質(zhì)，限制其工業(yè)應(yīng)用。近年來(lái)，人們對(duì)低溫條件下制備金紅石型二氧化鈦表現(xiàn)出濃厚的興趣。Kim Park(美國(guó)專利第6，001，326號(hào))在室溫至65°C下通過簡(jiǎn)單加熱攪拌TiOCl2溶液制備了直徑為200 400nm的球狀純金紅石型二氧化鈦顆粒。國(guó)內(nèi)外在低溫制備金紅石方面的報(bào)道雖然較多，但直接在戶外太陽(yáng)光照射下制備純金紅石的文獻(xiàn)仍未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫、低碳節(jié)能制備金紅石型二氧化鈦的新方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下—種太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法將四氯化鈦與水制成水溶膠，充分陳化后加水稀釋，于戶外在太陽(yáng)光下照射至出現(xiàn)大量白色沉淀，將所得沉淀物過濾、洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。進(jìn)一步，所述方法優(yōu)選按如下步驟進(jìn)行(a)按四氯化鈦與純水按1 1 3的體積比，在0 10°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中，并充分?jǐn)嚢?，滴加完畢后繼續(xù)于0 10°C溫度下攪拌1 4小時(shí)制成溶膠，室溫下陳化12小時(shí)至15天；(b)步驟(a)所得陳化后的溶膠與純水按1 2 12的體積比稀釋，充分?jǐn)嚢柚瞥蔁o(wú)色透明溶液，于0 40°C的戶外進(jìn)行太陽(yáng)光照射1 30天，照射至出現(xiàn)大量白色沉淀；(c)將步驟(b)所得沉淀物過濾、濾餅洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。所述步驟(a)中，四氯化鈦與純水的體積比優(yōu)選為1 2。
所述步驟(a)中優(yōu)選在0 5°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中，并充分?jǐn)嚢?，滴加完畢后繼續(xù)于0 5°C溫度下攪拌2小時(shí)制成溶膠。所述步驟(a)中，室溫下陳化時(shí)間優(yōu)選為48小時(shí)。所述步驟(a)中，滴加速度通?？刂圃? 5mL/min、攪拌速度通?？刂圃?00 1000轉(zhuǎn)/min;隨著四氯化鈦的加入，反應(yīng)體系的顏色逐漸由無(wú)色透明轉(zhuǎn)變成為淺黃綠色， 由溶液變?yōu)槿苣z，這個(gè)溶膠化的過程是本領(lǐng)域人員公知的。本發(fā)明所述純水可用去離子水、醫(yī)用純水或蒸餾水，都是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的。所述步驟(b)中戶外的溫度在可保持溶液液相狀態(tài)下的正常范圍內(nèi)的室外溫度即可，不包含各種極端天氣條件，通常為O 40°C，優(yōu)選為10 20°C。所述步驟(b)中戶外的濕度也為正常天氣下的濕度范圍，不包含極端天氣條件， 通常在10% RH 95% RH之間即可。所述步驟(b)中太陽(yáng)光照射的時(shí)間優(yōu)選為20 30天。所述步驟(C)中濾餅洗滌、干燥，通常將濾餅用純水洗滌，于70°C烘箱中干燥。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法優(yōu)選按如下步驟進(jìn)行(a)按四氯化鈦與純水按1 2的體積比，在0 5°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中，并充分?jǐn)嚢?，滴加完畢后繼續(xù)于0 5°C溫度下攪拌2小時(shí)制成溶膠，室溫下陳化48 小時(shí)；(b)步驟(a)所得陳化后的溶膠與純水按1 2 12的體積比稀釋，充分?jǐn)嚢柚瞥蔁o(wú)色透明溶液，于戶外進(jìn)行太陽(yáng)光，室外溫度為10 20°C，照射20 30天，照射至出現(xiàn)大量白色沉淀；(c)將步驟(b)所得沉淀物過濾、濾餅洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。本發(fā)明所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦制備技術(shù)的有益技術(shù)效果主要體現(xiàn)在(1) 二氧化鈦的晶型為金紅石，純度高，且無(wú)需煅燒。(2)制備溫度低，無(wú)需加熱，且不需添加其他試劑或晶種。(3)常壓制備。(4)只需太陽(yáng)光照射，低碳節(jié)能。(5)制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作。


圖1是實(shí)施例1制得金紅石型二氧化鈦粉體的X射線衍射(XRD)圖。圖2是實(shí)施例1制得金紅石型二氧化鈦粉體的高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)照片。其中，圖加為束狀金紅石整體形貌特征的TEM照片；圖2b為束狀金紅石的聚集照片； 圖2c和圖2d是圖2b逐步放大的微結(jié)構(gòu)照片；圖2d右上角嵌入圖為圖2d通過HRTEM自帶的FEI分析軟件自動(dòng)生成束狀金紅石整體結(jié)構(gòu)的電子衍射照片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。實(shí)施例1(1)將一個(gè)容量為500mL三口瓶固定于冰水浴內(nèi)，量取純水(H2O) 200mL裝入三口瓶中；在三口瓶的中間口上安裝冷凝管，利用自來(lái)水冷凝；在三口瓶的一個(gè)側(cè)口上安裝溫度計(jì)，以監(jiān)測(cè)并控制反應(yīng)體系的溫度；取市售四氯化鈦(TiCl4) IOOmL裝入干燥的滴液漏斗內(nèi)，將滴液漏斗安裝在三口瓶的另一個(gè)側(cè)口上；在磁力攪拌和冰水浴冷卻的條件下，打開滴液漏斗的開關(guān)，將四氯化鈦溶液緩慢滴加到純水中，整個(gè)滴加過程中滴加速度控制在4mL/ min、攪拌速度控制在800轉(zhuǎn)/min、冰水浴的溫度控制在0 5°C ；隨著四氯化鈦的加入，體系的顏色逐漸由無(wú)色透明轉(zhuǎn)變成為淺黃綠色，并由溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體；待四氯化鈦滴加完畢之后，再繼續(xù)攪拌池，得到270mL溶膠，在室溫下放置陳化48h。(2)量取40mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠20mL，充分?jǐn)嚢?，溶液為無(wú)色；將其置于戶外有充分太陽(yáng)光照射的寬敞場(chǎng)所，室外溫度為10 20°C，相對(duì)濕度50 60%，9天后開始出現(xiàn)少量白色顆粒，至30天出現(xiàn)大量白色沉淀；(3)將所得沉淀物過濾，用純水洗滌，于70°C烘箱中干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體1. 456g ；采用荷蘭PANalytical公司生產(chǎn)的X' Pert PRO型X射線衍射儀(XRD) 對(duì)樣品的晶相組成進(jìn)行表征，其XRD結(jié)果如圖1所示；采用荷蘭Wiilips-FEI公司的300kV 高分辨透射電子顯微鏡(Tecnai G2 F30 S-Twin)對(duì)樣品的形貌特征和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征， 其TEM和HRTEM結(jié)果如圖2所示。其中，圖加為束狀金紅石整體形貌特征的TEM照片；圖2b為束狀金紅石的聚集照片，可以看出明顯地逐粒呈繼承性生長(zhǎng)；圖2c和圖2d是圖2b逐步放大的微結(jié)構(gòu)照片；圖 2d右上角嵌入圖為圖2d通過HRTEM自帶的FEI分析軟件自動(dòng)生成束狀金紅石整體結(jié)構(gòu)的電子衍射照片。從圖1可以看出，物相為純金紅石型二氧化鈦，對(duì)應(yīng)PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片號(hào)為077-0441。從圖2可以看出，金紅石為橄欖形，一次粒徑范圍為3 7nm，逐粒呈繼承性、束狀取向生長(zhǎng)；同時(shí)晶格間距為0. 32nm的晶格條紋與金紅石(110)主晶面對(duì)應(yīng)。實(shí)施例2(1)采用實(shí)施例1中步驟(1)的裝置設(shè)備和操作步驟，按相同方法制備TiCl4溶膠， 在室溫下放置陳化48h。(2)量取48mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠8mL，充分?jǐn)嚢?，溶液為無(wú)色；將其置于戶外有充分太陽(yáng)光照射的寬敞場(chǎng)所，室外溫度為10 20°C，相對(duì)濕度50 60%，5天后開始出現(xiàn)少量白色顆粒，至30天出現(xiàn)大量白色沉淀；(3)將所得沉淀物過濾，用純水洗滌，于70°C烘箱中干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體0. 426g。實(shí)施例3(1)采用實(shí)施例1中步驟(1)的裝置設(shè)備和操作步驟，按相同方法制備TiCl4溶膠， 在室溫下放置陳化48h。
(2)量取48mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠4mL，充分?jǐn)嚢瑁芤簽闊o(wú)色；將其置于戶外有充分太陽(yáng)光照射的寬敞場(chǎng)所，室外溫度為10 20°C，相對(duì)濕度50 60%，7天后開始出現(xiàn)少量白色顆粒，至30天出現(xiàn)大量白色沉淀；(3)將所得沉淀物過濾，用純水洗滌，于70° °C烘箱中干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體0. 137g。對(duì)比例1(1)采用實(shí)施例1中步驟(1)的裝置設(shè)備和操作步驟，按相同方法制備TiCl4溶膠， 在室溫下放置陳化48h。(2)量取40mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠20mL，充分?jǐn)嚢瑁芤簽闊o(wú)色；將其置于室內(nèi)避光場(chǎng)所，室內(nèi)溫度為10 20°C，相對(duì)濕度50 60%，50天內(nèi)未出現(xiàn)白色沉淀。對(duì)比例2(1)采用實(shí)施例1中步驟(1)的裝置設(shè)備和操作步驟，按相同方法制備TiCl4溶膠， 在室溫下放置陳化48h。(2)量取48mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠8mL，充分?jǐn)嚢瑁芤簽闊o(wú)色；將其置于室內(nèi)避光場(chǎng)所，室內(nèi)溫度為10 20°C，相對(duì)濕度 50 60%，50天內(nèi)未出現(xiàn)白色沉淀。對(duì)比例3(1)采用實(shí)施例1中步驟(1)的裝置設(shè)備和操作步驟，按相同方法制備TiCl4溶膠， 在室溫下放置陳化48h。(2)量取48mL純水于IOOmL的無(wú)色透明玻璃瓶中，再往其中加入已陳化的TiCl4 溶膠4mL，充分?jǐn)嚢瑁芤簽闊o(wú)色；將其置于室內(nèi)避光場(chǎng)所，室內(nèi)溫度為10 20°C，相對(duì)濕度 50 60%，50天內(nèi)未出現(xiàn)白色沉淀。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述方法為將四氯化鈦與水制成水溶膠，充分陳化后加水稀釋，于戶外在太陽(yáng)光下照射至出現(xiàn)大量白色沉淀，將所得沉淀物過濾、洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述方法按如下步驟進(jìn)行(a)按四氯化鈦與純水按1 1 3的體積比，在0 10°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中，并充分?jǐn)嚢瑁渭油戤吅罄^續(xù)于0 10°C溫度下攪拌1 4小時(shí)制成溶膠，室溫下陳化12小時(shí)至15天；(b)步驟(a)所得陳化后的溶膠與純水按1 2 12的體積比稀釋，充分?jǐn)嚢柚瞥蔁o(wú)色透明溶液，于0 40°C的戶外進(jìn)行太陽(yáng)光照射1 30天，照射至出現(xiàn)大量白色沉淀；(c)將步驟(b)所得沉淀物過濾、濾餅洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述步驟(a)中，四氯化鈦與純水的體積比為1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述步驟(a)中，在0 5°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中，并充分?jǐn)嚢?，滴加完畢后繼續(xù)于0 5°C溫度下攪拌2小時(shí)制成溶膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述步驟(a)中，室溫下陳化48小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述步驟(b)中，戶外的溫度為10 20°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述步驟(b)中，太陽(yáng)光照射的時(shí)間為20 30天。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述方法按如下步驟進(jìn)行(a)按四氯化鈦與純水按1 2的體積比，在0 5°C溫度下將四氯化鈦滴加到純水中， 并充分?jǐn)嚢瑁渭油戤吅罄^續(xù)于0 5°C溫度下攪拌2小時(shí)制成溶膠，室溫下陳化48小時(shí)；(b)步驟(a)所得陳化后的溶膠與純水按1 2 12的體積比稀釋，充分?jǐn)嚢柚瞥蔁o(wú)色透明溶液，于戶外進(jìn)行太陽(yáng)光，室外溫度為10 20°C，照射20 30天，照射至出現(xiàn)大量白色沉淀；(c)將步驟(b)所得沉淀物過濾、濾餅洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦的室溫制備方法，包括如下步驟將四氯化鈦與水制成水溶膠，充分陳化后加水稀釋，于戶外在太陽(yáng)光下照射至出現(xiàn)大量白色沉淀，將所得沉淀物過濾、洗滌、干燥，即得束狀金紅石型二氧化鈦粉體。本發(fā)明提供的太陽(yáng)光誘導(dǎo)束狀金紅石型二氧化鈦制備技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在(1)二氧化鈦的晶型為金紅石，純度高，且無(wú)需煅燒；(2)制備溫度低，無(wú)需加熱，且不需添加其他試劑或晶種；(3)常壓制備；(4)只需太陽(yáng)光照射，低碳節(jié)能；(5)制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作。
文檔編號(hào)C01G23/047GK102557126SQ201110370588
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者張炫輝, 李國(guó)華 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)