一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法
【專利摘要】一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。其是將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物研磨均勻，然后將所得產(chǎn)物晶化；再自然冷卻至室溫后稀釋、抽濾、洗滌；然后向所得產(chǎn)物中加入濃硫酸和去離子水，靜置后再次抽濾洗滌至中性；最后干燥、焙燒得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。本發(fā)明可以使反應(yīng)裝置的體積大大減小，僅為采用水熱法的反應(yīng)裝置體積的1/20～30，無需添加任何溶劑來傳熱傳質(zhì)從而節(jié)省了大量的能源資源，極大的減少了對環(huán)境的污染，大大減小了生產(chǎn)的勞動量和顯著的降低了設(shè)備成本和生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦是一種光催化性能優(yōu)良的材料，它不僅無毒而且價格相對低廉，原料來源又很豐富，在地球中豐度較高，其白度很高，廣泛應(yīng)用于涂料行業(yè)，是耐高溫涂料的主要添加劑，它還是一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，是在光解水制氫和光降解有機污染物領(lǐng)域里應(yīng)用最多的材料，是解決能源危機和環(huán)境污染的理想材料，另外其在太陽能電池中常用作吸光材料，應(yīng)用于涂料中可以達到自清潔的效果，并且在紫外光照射下能產(chǎn)生很好的殺滅細(xì)菌的效果。
[0003]綜合而言，二氧化鈦是一種應(yīng)用很廣的材料，但是目前制備二氧化鈦的工藝大多采用水熱法、水解法、溶劑熱法或溶膠凝膠法，這些工藝方法普遍存在的問題是產(chǎn)生環(huán)境污染和高能耗，制備工藝復(fù)雜，設(shè)備笨重龐大，制備成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中制備二氧化鈦存在的諸多不足，本發(fā)明對無溶劑法合成二氧化鈦前軀體進行了深入研究，在付出了大量的原創(chuàng)性勞動后，進而完成了本發(fā)明。
[0005]本發(fā)明所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其步驟如下:
[0006](I)將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物研磨均勻；鈦粉與堿金屬氫氧化物混合物的質(zhì)量比是1:8?15 ;
[0007](2)將步驟⑴所得產(chǎn)物在180?230攝氏度條件下晶化18?36小時；
[0008](3)將步驟(2)晶化產(chǎn)物自然冷卻至室溫，稀釋后抽濾，并將抽濾產(chǎn)物洗滌至pH =7?8 ;
[0009](4)取步驟(3)所得的產(chǎn)物0.2?0.5克，向其中加入2?5毫升濃硫酸和10?20毫升去離子水，靜置6?12小時，之后再次抽濾并將抽濾產(chǎn)物洗滌至中性；
[0010](5)將步驟(4)產(chǎn)物干燥后在400?500攝氏度下焙燒2?5小時，得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。
[0011]步驟(I)中所述的將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物研磨均勻是將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物放入研缽內(nèi)，研磨20?30分鐘；所述的堿金屬氫氧化物的混合物為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合，其質(zhì)量比為I?5:1。
[0012]步驟(2)中是將步驟(I)所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180?230攝氏度的烘箱中晶化18?36小時。
[0013]步驟(3)中是加去離子水稀釋后抽濾，將抽濾產(chǎn)物用去離子水洗至pH = 7?8。
[0014]步驟(4)中濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98?99%，所得產(chǎn)物是用去離子水洗滌至中性；
[0015]步驟(5)中是將步驟(4)產(chǎn)物干燥(在70?90攝氏度條件下干燥3?5小時)后放入400?500攝氏度的馬弗爐中焙燒2?5小時，升溫速度為2?5攝氏度/min，得到最終產(chǎn)物，經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表征得知得到的最終產(chǎn)物的結(jié)晶性和形貌均較好的銳鈦礦二氧化鈦。
[0016]本發(fā)明可以使反應(yīng)裝置的體積大大減小，僅為采用水熱法的反應(yīng)裝置體積的1/20?30，無需添加任何溶劑來傳熱傳質(zhì)從而節(jié)省了大量的能源資源，極大的減少了對環(huán)境的污染，大大減小了生產(chǎn)的勞動量和顯著的降低了設(shè)備成本和生產(chǎn)成本，本發(fā)明是一項十分有意義的發(fā)明創(chuàng)造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:實施例1?4產(chǎn)物XRD譜圖；
[0018]圖2:實施例4?8產(chǎn)物XRD譜圖；
[0019]圖3:實施例9產(chǎn)物XRD譜圖；
[0020]圖4:實施例2產(chǎn)物掃描電鏡照片；
[0021 ] 圖5:實施例3產(chǎn)物掃描電鏡照片；
[0022]圖6:實施例4產(chǎn)物掃描電鏡照片；
[0023]圖7:實施例5產(chǎn)物掃描電鏡照片；
[0024]圖8:實施例6產(chǎn)物掃描電鏡照片；
[0025]圖9:實施例9產(chǎn)物掃描電鏡照片。

【具體實施方式】
[0026]下面通過具體的實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，但這些例舉性實施方式的用途和目的僅用來例舉本發(fā)明，并非對本發(fā)明的實際保護范圍構(gòu)成任何形式的任何限定，更非將本發(fā)明的保護范圍局限于此。
[0027]實施例1
[0028](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0029](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化9小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0030](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋后取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;答:這還不沒有干燥這時的質(zhì)量有很大比例的水分所以沒稱量。
[0031](4)把步驟(3)的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0032](5)把步驟(4)的產(chǎn)物抽濾并用去離子水洗滌至中性得產(chǎn)物2，將產(chǎn)物2在80攝氏度條件下干燥3小時，然后放入目標(biāo)溫度為450攝氏度的馬弗爐中，升溫速率5攝氏度/分鐘，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.014克；
[0033](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(附圖XRD圖1中所示)可以看到最終產(chǎn)物3是結(jié)晶性不好的產(chǎn)物。
[0034]實施例2
[0035](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0036](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化18小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0037](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋后取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0038](4)把步驟(3)的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0039](5)把步驟(4)的產(chǎn)物抽濾洗滌至中性得產(chǎn)物2，將產(chǎn)物2放入80攝氏度干燥3小時，然后放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.124克；
[0040](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖4所示)最終產(chǎn)物3的結(jié)晶性較好的和形貌非常規(guī)整的尺寸大小為200納米?I微米的銳鈦晶型條狀礦二氧化鈦。
[0041]實施例3
[0042](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0043](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化36小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0044](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋后取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0045](4)把步驟(3)的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0046](5)把步驟(4)的抽濾洗滌至中性得產(chǎn)物2，將產(chǎn)物2放入80攝氏度干燥3小時，然后放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.300克；
[0047](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖5所示)最終產(chǎn)物3的結(jié)晶性更好的和形貌規(guī)整的尺寸為500納米?2微米的銳鈦礦條狀二氧化鈦。
[0048]實施例4
[0049](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0050](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0051](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋后取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0052](4)把步驟(3)的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀硫酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0053](5)把步驟⑷的抽濾洗滌至中性得產(chǎn)物2，將產(chǎn)物2放入80攝氏度干燥3小時，然后放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.518克；
[0054](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(圖1所示)和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖6所示)最終產(chǎn)物3的結(jié)晶性非常好的和微觀形貌尺寸很大的納米管和納米顆?；旌闲偷匿J鈦礦二氧化鈦。
[0055]實施例5
[0056](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0057](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0058](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0059](4)把步驟(3)的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%的濃硝酸，再加入10毫升去離子水形成稀硝酸溶液(即形成稀硝酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0060](5)發(fā)現(xiàn)步驟(4)中的產(chǎn)物I被溶解了，將所得溶液放入80攝氏度的烘箱中干燥12小時，將干燥后得到的產(chǎn)物稱為產(chǎn)物2，再將產(chǎn)物2放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.504克；
[0061 ] (6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖2所示和圖7所示)最終產(chǎn)物3是結(jié)晶性不好并且是形貌不規(guī)整的銳鈦礦二氧化鈦。
[0062]實施例6
[0063](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0064](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0065](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0066](4)把步驟(3)中的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%的濃鹽酸，再加入10毫升去離子水(即形成稀鹽酸水溶液浸泡產(chǎn)物I)，然后靜置6小時；
[0067](5)發(fā)現(xiàn)步驟(4)中的產(chǎn)物I被溶解了，將所得溶液放入80攝氏度的烘箱中干燥12小時，將干燥后得到的產(chǎn)物稱為產(chǎn)物2，再將產(chǎn)物2放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.498克；
[0068](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖2和圖8所示)最終產(chǎn)物3是有一定結(jié)晶性和無規(guī)則形貌的銳鈦礦二氧化鈦。
[0069]實施例7
[0070](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0071](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0072](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0073](4)把步驟(3)中的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，然后向燒杯中加入12毫升去離子水，然后靜置6小時；
[0074](5)把步驟(4)中的抽濾洗滌得產(chǎn)物2，再將產(chǎn)物2放入80攝氏度干燥3小時，然后放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3，質(zhì)量為1.612克；
[0075](6)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(圖2所示)最終產(chǎn)物3是非結(jié)晶性產(chǎn)物。
[0076]實施例8
[0077](I)取1.5克鈦粉放入研缽內(nèi)，再取6.18克氫氧化鈉和5.82克氫氧化鉀也放入研缽內(nèi)，研磨20分鐘；
[0078](2)當(dāng)研缽內(nèi)研磨混合均勻時立即轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180攝氏度的烘箱中晶化72小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫；
[0079](3)把步驟(2)中反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物加水稀釋取出，接著用抽濾機抽濾并用去離子水洗至中性得產(chǎn)物I ;
[0080](4)把步驟(3)中的產(chǎn)物I轉(zhuǎn)移至燒杯中，在80攝氏度的烘箱中干燥12小時，將干燥后的產(chǎn)物I放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物3 ；
[0081](5)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀表征(圖2所示)最終產(chǎn)物3是的非結(jié)晶性產(chǎn)物，質(zhì)量為1.624克。
[0082]實施例9
[0083](I)取1.5克鈦粉放入燒杯中，然后向燒杯中加入2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.3%的濃硫酸和10毫升去離子水(即形成稀硫酸溶液)，靜置6小時得產(chǎn)物I ;
[0084](2)將步驟(I)中的產(chǎn)物I放入80攝氏度的烘箱中干燥12小時；
[0085](3)將步驟⑵中的產(chǎn)物I放入設(shè)定450攝氏度的馬弗爐中升溫速率5攝氏度/分，焙燒2小時，得到最終產(chǎn)物2，質(zhì)量為1.008克；
[0086](4)經(jīng)D/MAX2550型粉末X射線衍射儀和JSM-6700F型掃描電鏡表征(圖3和圖9所示)中可以看出得到的最終產(chǎn)物2是非結(jié)晶性的并且無規(guī)整形貌和有一定孔道的產(chǎn)物。
[0087]綜上制備實例，我們得出如下重要發(fā)現(xiàn):
[0088](I)隨著反應(yīng)時間從18?72小時的增加，由掃描電鏡圖看出最終產(chǎn)物的團聚越來越嚴(yán)重，但是，結(jié)晶性越來越好。
[0089](2)從酸的對比由XRD和掃描電鏡圖可以得出稀硫酸是最好后處理試劑，既可以得到結(jié)晶性很好的產(chǎn)物又可以得到較好的產(chǎn)物的形貌。
[0090](3)綜合以上因素，可以得出180攝氏度反應(yīng)18小時，稀硫酸浸泡產(chǎn)物6小時，450攝氏度焙燒，可以得到既保持最佳的形貌，結(jié)晶性又可以，能耗最低，可以作為較為優(yōu)化的工藝參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其步驟如下: (1)將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物研磨均勻；鈦粉與堿金屬氫氧化物混合物的質(zhì)量比是1:8?15 ; (2)將步驟(I)所得產(chǎn)物在180?230攝氏度條件下晶化18?36小時； (3)將步驟(2)晶化產(chǎn)物自然冷卻至室溫，稀釋后抽濾，并將抽濾產(chǎn)物洗滌至pH= 7?8 ； (4)取步驟(3)所得的產(chǎn)物0.2?0.5克，向其中加入2?5毫升濃硫酸和10?20毫升去離子水,靜置6?12小時，之后再次抽濾并將抽濾產(chǎn)物洗滌至中性； (5)將步驟(4)產(chǎn)物干燥后在400?500攝氏度下焙燒2?5小時，得到銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物研磨均勻是將鈦粉與堿金屬氫氧化物的混合物放入研缽內(nèi)，研磨20?30分鐘；所述的堿金屬氫氧化物的混合物為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合，其質(zhì)量比為I?5:1。
3.如權(quán)利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其特征在于:步驟(2)中是將步驟(I)所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入180?230攝氏度的烘箱中晶化18?36小時。
4.如權(quán)利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其特征在于:步驟(3)中是加去離子水稀釋后抽濾，將抽濾產(chǎn)物用去離子水洗至pH = 7?8。
5.如權(quán)利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其特征在于:步驟(4)中濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98?99%，所得產(chǎn)物是用去離子水洗滌至中性。
6.如權(quán)利要求1所述的一種銳鈦礦晶型的納米條狀二氧化鈦的制備方法，其特征在于:步驟(5)中是將步驟(4)產(chǎn)物在70?90攝氏度條件下干燥3?5小時后放入400?500攝氏度的馬弗爐中焙燒2?5小時，升溫速度為2?5攝氏度/min，得到最終產(chǎn)物。
【文檔編號】C01G23/047GK104386741SQ201410617444
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月1日
【發(fā)明者】張宗弢, 岳新政, 王潤偉, 蔣尚, 倪玲, 易莎莎 申請人:吉林大學(xué)