一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法
【專利摘要】一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，將二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中，并在0.1～4MPa的壓力下于50～300℃微波輻照0.5～4h完成二氧化鈦溶膠的微波輻照改性。該方法反應(yīng)時間短、成本低、能耗低、可連續(xù)制備，適合工業(yè)化生產(chǎn)；經(jīng)改性后的二氧化鈦溶膠的結(jié)晶溫度低、膠粒尺寸小及分布窄、成膜性能優(yōu)的二氧化鈦溶膠。
【專利說明】一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法。

【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦作為一種重要的無機功能材料，因其具有良好的光催化性、高介電性、耐候性、以及耐腐蝕性備受關(guān)注。因此，制備出純度高、結(jié)晶度好、均勻致密、性能穩(wěn)定的納米二氧化鈦薄膜是其優(yōu)異性能得以實現(xiàn)和付諸應(yīng)用的前提。目前，制備納米二氧化鈦薄膜的一般方法有水熱合成法、氣相沉淀法、電化學(xué)法、以及溶膠-凝膠法等，其中溶膠-凝膠法以易控制、副反應(yīng)少、工藝操作簡單等特點，近年來被廣泛采用。但該方法制備的膠粒分散性差、膠粒間易團聚、結(jié)晶溫度高，所制薄膜在干燥和熱處理過程中極易出現(xiàn)裂紋以及與載體結(jié)合弱等缺陷。因此，有必要對溶膠-凝膠方法進(jìn)行改性，以制備出性能優(yōu)異的二氧化鈦納米粉體或納米薄膜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，經(jīng)該方法改性的二氧化鈦溶膠的結(jié)晶溫度低、膠粒尺寸小及且尺寸分布窄、成膜性能優(yōu)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:將二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中，并在0.1?4MPa的壓力下于50?300°C微波福照0.5?4h完成二氧化鈦溶膠的微波輻照改性。
[0005]所述的二氧化鈦溶膠的濃度為0.001?3mol/L，pH值不大于11。
[0006]所述的二氧化鈦溶膠是采用以下方法配制的:將鈦鹽和螯合劑以(1:1)?(1:20)的摩爾比混合，然后于20?80°C攪拌1?10h，接著向形成的混合體系中滴加去離子水，繼續(xù)攪拌1?10h，制成二氧化鈦溶膠。
[0007]所述的鈦鹽包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯、氯化鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦中的一種或多種。
[0008]所述的螯合劑包括乙二胺四乙酸、乙酰丙酮、乳酸、尿素、三乙醇胺、過氧化氫中的一種或多種。
[0009]所述的二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中的速率為10-100L/min。
[0010]所述的微波輻照的時間是通過溶膠流速進(jìn)行控制的。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]1、本發(fā)明采用微波輻照技術(shù)對二氧化鈦溶膠進(jìn)行改性，由于二氧化鈦溶膠中含有的二氧化鈦分子通常情況下呈雜亂無章的運動狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入微波輻照器的蛇形管中后，微波磁控管輻射出頻率為2.45GHz的微波，二氧化鈦分子在微波的“熱效應(yīng)”(又稱無溫度梯度的“體加熱”)作用下，不斷變換的微波場使二氧化鈦分子發(fā)生定向排列和偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相互碰撞、摩擦、擠壓，從而使二氧化鈦分子動能轉(zhuǎn)變成熱能，實現(xiàn)分子水平上的均勻加熱。
[0013]2、二氧化鈦分子還在微波的“非熱效應(yīng)”(主要來自微波輻射場直接作用于反應(yīng)分子和離子的洛倫茲力)作用下，對二氧化鈦溶膠分子中未成對電子的自旋方式和氫鍵締合度進(jìn)行影響，并通過在二氧化鈦分子中儲存微波能以改變二氧化鈦分子間微觀排列及相互作用等方式來影響化學(xué)反應(yīng)的焓或熵，從而改變反應(yīng)歷程、降低反應(yīng)活化能、加快合成速度、誘導(dǎo)催化、提高平衡轉(zhuǎn)化率、減少副產(chǎn)物。因此，本發(fā)明采用微波輻照技術(shù)對二氧化鈦溶膠進(jìn)行改性以實現(xiàn)二氧化鈦溶膠實現(xiàn)致密化，同時大幅降低二氧化鈦溶膠的結(jié)晶溫度，使二氧化鈦溶膠干燥后經(jīng)過350-550°C熱處理20-200min條件下形成銳鈦礦型的結(jié)晶特征，膠粒尺寸小(5-20nm)及且尺寸分布窄(偏差l_2nm)。
[0014]3、本發(fā)明實施設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短，成本低，對環(huán)境友好。

【具體實施方式】
[0015]實施例1:
[0016]1)將鈦酸丁酯按1:6的摩爾比加入到乙酰丙酮中，在60°C下劇烈攪拌5h，然后滴加去離子水，繼續(xù)攪拌3h，制成濃度為0.3mol/L，pH值為5的二氧化鈦溶膠；
[0017]2)將二氧化鈦溶膠以30L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在lh，同時通過微波功率調(diào)整保證溶膠的溫度在200°C，通過壓力閥的調(diào)整保證壓力在IMPa。
[0018]經(jīng)過本實施例改性過的二氧化鈦溶膠膠粒尺寸只有20納米。
[0019]實施例2:
[0020]1)將鈦酸異丙酯按1:1的摩爾比加入到乙二胺四乙酸中，在80°C下劇烈攪拌lh，然后滴加去離子水，繼續(xù)攪拌5h，制成濃度為2mol/L，pH值為7的二氧化鈦溶膠；
[0021]2)將二氧化鈦溶膠以100L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在0.5h，同時通過微波功率調(diào)整保證溶膠的溫度在100°C，通過壓力閥的調(diào)整保證壓力在4MPa。
[0022]實施例3:
[0023]1)將鈦鹽按1:10的摩爾比加入到乳酸中，在40°C下劇烈攪拌8h，然后滴加去離子水，繼續(xù)攪拌lh，制成濃度為0.01mol/L，pH值為3的二氧化鈦溶膠；其中，鈦鹽由質(zhì)量比為3:1的氯化鈦和硫酸氧鈦混合而成
[0024]2)將二氧化鈦溶膠以10L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在4h，同時通過微波功率調(diào)整保證溶膠的溫度在50°C，通過壓力閥的調(diào)整保證壓力在0.1MPa。
[0025]實施例4:
[0026]1)將硫酸鈦按1:20的摩爾比加入到螯合劑中，在20°C下劇烈攪拌10h，然后滴加去離子水，繼續(xù)攪拌6h，制成濃度為0.001mol/L，pH值為11的二氧化鈦溶膠；其中，螯合劑由質(zhì)量比為1:1的三乙醇胺和過氧化氫組成。
[0027]2)將二氧化鈦溶膠以60L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在3h，同時通過微波功率調(diào)整保證溶膠的溫度在300°C，通過壓力閥的調(diào)整保證壓力在2MPa。
[0028]實施例5:
[0029]1)將硫酸鈦按1:20的摩爾比加入到尿素中，在50°C下劇烈攪拌3h，然后滴加去離子水，繼續(xù)攪拌10h，制成濃度為0.005mol/L, pH值為11的二氧化鈦溶膠；其中，螯合劑由質(zhì)量比為1:1的三乙醇胺和過氧化氫組成。
[0030]2)將二氧化鈦溶膠以60L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在2h，同時通過微波功率調(diào)整保證溶膠的溫度在200°C，通過壓力閥的調(diào)整保證壓力在0.8MPa。
[0031]本發(fā)明能夠減少二氧化鈦溶膠反應(yīng)時間，減少二氧化鈦膠粒尺寸，降低二氧化鈦膠粒尺寸分散性，降低二氧化鈦結(jié)晶溫度，改善二氧化鈦成膜性能。其主要特征是通過微波的“熱效應(yīng)”和“非熱效應(yīng)”，實現(xiàn)對二氧化鈦溶膠在分子水平上的加熱和力作用，降低反應(yīng)活化能、提高形核率、加快合成速度、增加平衡轉(zhuǎn)化率、減少副產(chǎn)物。經(jīng)改性后的二氧化鈦溶膠的結(jié)晶溫度低、膠粒尺寸小及分布窄、成膜性能優(yōu)的二氧化鈦溶膠。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:將二氧化鈦溶膠加入到微波福照器的蛇形管中，并在0.1?4MPa的壓力下于50?300°C微波福照0.5?4h完成二氧化鈦溶膠的微波輻照改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:所述的二氧化鈦溶膠的濃度為0.001?3mol/L，pH值不大于11。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于，所述的二氧化鈦溶膠是采用以下方法配制的:將鈦鹽和螯合劑以(1:1)?(1:20)的摩爾比混合，然后于20?80°C攪拌I?10h，接著向形成的混合體系中滴加去離子水，繼續(xù)攪拌I?10h，制成二氧化鈦溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:所述的鈦鹽包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯、氯化鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:所述的螯合劑包括乙二胺四乙酸、乙酰丙酮、乳酸、尿素、三乙醇胺、過氧化氫中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:所述的二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中的速率為10-100L/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，其特征在于:所述的微波輻照的時間是通過溶膠流速進(jìn)行控制的。
【文檔編號】C01B33/146GK104495858SQ201410834474
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月27日
【發(fā)明者】徐友龍, 杜顯鋒, 王杰 申請人:西安交通大學(xué)