一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。
[0002]背景介紹
[0003]超親水表面(水接觸角小于5°)，在自清潔、防霧、抗菌、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、藥物傳送系統(tǒng)、太陽能電池、熱傳遞等方面有著廣泛的應(yīng)用。1997年Fujishima研究組報(bào)道了T12薄膜在紫外光照射下，水與T12薄膜接觸角(CA)由幾十度迅速變小，最后達(dá)到幾乎0°，呈現(xiàn)出超親水性;停止光照后，將T12薄膜在黑暗中放置一段時(shí)間，CA會(huì)逐步增大重新恢復(fù)到原始狀態(tài)，若再經(jīng)照射又會(huì)變成超親水狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)引起了人們對超親水T12薄膜極大的研究興趣。為了使這種性能更加優(yōu)異，人們開始從T12的微觀結(jié)構(gòu)著手，而空心二氧化鈦具有極大的比表面積，光催化性能更加優(yōu)異。
[0004]自然界中的T12呈白色固體或者粉末狀。按照晶型的不同，可以將納米二氧化鈦分為銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。在這三種晶型中，銳鈦礦型的結(jié)構(gòu)高度對稱，光催化活性高;可作為一種性能優(yōu)異的防霧功能粉體，目前該技術(shù)只要有光照就能表現(xiàn)出良好的親水性能，但在要求不高的環(huán)境下也具有實(shí)用性，近年來已有學(xué)者在二氧化鈦中摻雜稀有元素可以做到不需要光而體現(xiàn)出強(qiáng)的親水性。金紅石型具有很高的硬度、密度、介電常數(shù)、折射率和抗還原性，是目前最受關(guān)注的晶型;而板鈦礦型在晶面上有裸露的氧原子，晶體屬于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，其相關(guān)的研究報(bào)道較少。在不同的溫度下，這三種晶型還可以相互轉(zhuǎn)化故只要控制好溫度，控制晶型轉(zhuǎn)變程度，即可得到同時(shí)具有光催化活性和力學(xué)強(qiáng)度的Ti02。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。本發(fā)明采用乳液聚合并用甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)改性聚苯乙烯微球?yàn)楹?，以鈦酸四丁酯為前?qū)體，采用溶膠-凝膠法和吸附相反應(yīng)的方法制得聚苯乙烯-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)，再高溫煅燒得到空心二氧化鈦。二氧化鈦具有光催化效應(yīng)，而空心二氧化鈦由于其更大的比表面積，光敏效果更好。本發(fā)明所得空心二氧化鈦摻雜在樹脂中隨著樹脂的固化，其會(huì)向表面迀移，不僅能提升樹脂的親水性，硬度、耐磨性、耐高溫性能和以及透明性都有所提升。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法，包括如下步驟:
[0008](I)藥品提純:將購買的苯乙烯用一定濃度的氫氧化鈉溶液洗滌數(shù)次，再用超純水洗滌多次，以除去阻聚劑，直到溶液呈中性，加入少量無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用。
[0009](2)改性聚苯乙烯微球的合成:利用過硫酸鉀做引發(fā)劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做穩(wěn)定劑，水做反應(yīng)媒介，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)作改性單體。采用無皂乳液聚合法制備PS微球。將反應(yīng)制得的產(chǎn)物，經(jīng)離心、水洗和超聲分散循環(huán)多次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯和穩(wěn)定劑，將最終的產(chǎn)物干燥待用。
[0010](3)吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:以上述改性聚苯乙烯為核，以蒸餾水為吸附層，以NaOH為吸附質(zhì)，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，在吸附層發(fā)生水解反應(yīng)。
[0011](4)高溫處理:離心洗滌，高溫煅燒除去聚苯乙烯核，同時(shí)控制好溫度，使銳鈦礦型T12部分轉(zhuǎn)變成金紅石型T12。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
[0013]藥品提純:取購買的苯乙烯15ml，用lmol/L的氫氧化鈉溶液洗滌3次，再用超純水洗滌3次，以除去阻聚劑，用pH計(jì)檢測直到溶液呈中性，加入2g無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用。
[0014]改性聚苯乙烯微球的合成:取帶有攪拌器、冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)的250ml四口燒瓶，加入1ml苯乙稀單體，Iml甲基丙稀酸輕丙基磺酸鈉(HMPS)，10ml超純水，0.2g聚乙稀卩比略烷酮(PVP)作穩(wěn)定劑加入到250ml四口燒瓶中，室溫條件下混合均勻，同時(shí)通氮?dú)獬ニ械娜芙鈿?。然后?.4g過硫酸鉀作引發(fā)劑溶解在20ml超純水中，加入上述四口燒瓶中，加熱到70°C，保持24小時(shí)，得到平均粒徑為400nm的聚苯乙烯微球白色懸浮液；設(shè)置轉(zhuǎn)速為9000r/min將反應(yīng)制得的產(chǎn)物離心5min，再用超純水清洗，再超聲分散重復(fù)處理三次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯、甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉和穩(wěn)定劑，最后將制得聚苯乙烯，置入60°C烘箱中干燥。
[0015]吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:稱取上述lg，在120°C下干燥lOmin，置于500ml燒杯中，加入200ml無水乙醇，超聲分散15min，將聚苯乙稀分散液置于磁力攪拌機(jī)上，在快速攪拌下緩慢加入2ml蒸饋水，加完后繼續(xù)攪拌I Omin，再加入濃度為Imo I/L的NaOH，攪拌
0.5h;最后加入5.66g鈦酸四丁酯(TBOT)，控制溫度為25°C，攪拌2h。
[00? 6] 高溫處理:設(shè)置轉(zhuǎn)速為9000r/min將上述產(chǎn)物離心5min，再用乙醇清洗，再超聲分散，重復(fù)處理三次，除掉未完全反應(yīng)的雜質(zhì)，置入60°C烘箱中干燥，碾碎；最后置于550°C馬弗爐中煅燒，得到晶型穩(wěn)定的空心T12微球。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法，其特征步驟為: (1)藥品提純:將購買的苯乙烯用lmol/L的氫氧化鈉溶液洗滌三次，再用超純水洗滌三次，以除去阻聚劑，直到溶液呈中性，加入2-3g無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用； (2)改性聚苯乙烯微球的合成:利用過硫酸鉀做引發(fā)劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做穩(wěn)定劑，水做反應(yīng)媒介，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)作改性單體;采用無皂乳液聚合法制備PS微球;將反應(yīng)制得的產(chǎn)物，經(jīng)離心、水洗和超聲分散循環(huán)三次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯和穩(wěn)定劑，將最終的產(chǎn)物干燥待用； (3)吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:以上述改性聚苯乙烯為核，以蒸餾水為吸附層，以NaOH為吸附質(zhì)，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，在吸附層發(fā)生水解反應(yīng)； (4)高溫處理:離心洗滌，高溫煅燒除去聚苯乙烯核，同時(shí)控制溫度為500-600°C，使銳鈦礦型T12部分轉(zhuǎn)變成金紅石型T12。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。本發(fā)明采用乳液聚合并用甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉改性聚苯乙烯微球?yàn)楹耍遭佀崴亩□榍膀?qū)體，采用溶膠-凝膠法和吸附相反應(yīng)的方法制得聚苯乙烯-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)，再高溫煅燒得到空心二氧化鈦。二氧化鈦具有光催化效應(yīng)，而空心二氧化鈦由于其更大的比表面積，光敏效果更好。本發(fā)明所得空心二氧化鈦摻雜在樹脂中隨著樹脂的固化，其會(huì)向表面遷移，不僅能提升樹脂的親水性，硬度、耐磨性、耐高溫性能和以及透明性都有所提升。
【IPC分類】C01G23/053
【公開號(hào)】CN105502485
【申請?zhí)枴緾N201510941327
【發(fā)明人】姚伯龍, 趙海平, 李洪萍, 王利魁, 鄭春森, 孫常青
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月16日