本發(fā)明屬于功能納米顆粒的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法。

背景技術(shù)：

本技術(shù)所涉及的尺度屬于量子點范圍，量子點又稱半導(dǎo)體納米微晶，其三個維度的尺寸都在200納米以下，外觀恰似一個極小的點狀物，其內(nèi)部電子在各方向上的運動都受到局限。量子點的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電阻遇效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而展現(xiàn)出不同于宏觀材料的物理化學(xué)性質(zhì)，在功能材料方面有較大的應(yīng)用潛力。

經(jīng)過多年的研究，迄今建立了多種量子點的制備方法，且以化學(xué)方法為主，包括：采用膠體化學(xué)的方法在有機體系中合成；在水溶液中直接合成。但是通過此類方法制備的量子點產(chǎn)量小，且品種受到限制，而通過物理方法來制備量子點則少見報道。此外，國內(nèi)外對于納米功能粉體制備，多采用化學(xué)工藝，具有成本高、操作復(fù)雜等缺點，不利于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述亞氧化鈦復(fù)合光催化劑制備的技術(shù)空白，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明其中的一個目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，包括，對亞氧化鈦和/或雜元素摻雜亞氧化鈦進行機械粉粹，并超聲高速霧化；進行氣流粉粹，制得亞氧化鈦納米粉體；進行表面修飾。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述亞氧化鈦和/或雜元素摻雜亞氧化鈦，其粒徑范圍為500～20000nm。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述雜元素為氮、磷或硫中的一種或幾種。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述亞氧化鈦納米粉體的粒徑為10～200nm。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述超聲高速霧化，其中超聲功率為200～250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為20000～24000rpm。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述氣流粉碎，其氣體流量為2～4m³/min，氣體壓力為0.5～0.7MPa，氣體溫度為90～120℃。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述機械粉粹，其粉粹時間為0.5～1h，轉(zhuǎn)速為250～350rpm。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述表面修飾，其修飾劑的用量為粉體質(zhì)量的1～10％，其質(zhì)量濃度為4～6wt.％。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑，其霧化液滴粒徑為1～20μm。

作為本發(fā)明所述化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述修飾劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或氨基酸類修飾劑中的一種或幾種。

本發(fā)明所具有的有益效果：

(1)本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，通過物理方法簡單、大規(guī)模制備納米量子點，并對其進行表面修飾以增加其穩(wěn)定性和樹脂體系相容性，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，為功能高分子和復(fù)合材料的制備奠定了基礎(chǔ)。

(2)本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，采用少量表面修飾劑即可制得性能更優(yōu)異的納米粉體。

(3)本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法所制備得到的納米粉體，粒徑小且在基體中具有優(yōu)異的表面活化指數(shù)和分散性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。其中：

圖1是實施例1所得直徑為100納米左右的亞氧化鈦粉體；

圖2是實施例3所得直徑為50納米左右的亞氧化鈦粉體。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

其次，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。

實施例1

稱取3t亞氧化鈦(粒徑為10000～20000nm)，加入到350rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎45分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為24000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按5wt.％比例稱取表面修飾劑疏基乙酸0.15t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為100℃，修飾劑溶液濃度為5wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為100納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的亞氧化鈦納米粉體。

此為樣品1。

實施例2

稱取3t亞氧化鈦(粒徑為5000～10000nm)，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎60分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為22000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按8wt.％比例稱取氨基酸類表面修飾劑0.24t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為110℃，修飾劑溶液濃度為6wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為100納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的亞氧化鈦粉體。

此為樣品2。

實施例3

稱取3t亞氧化鈦(粒徑為500～5000nm)，加入到250rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎45分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為250W，高速霧化轉(zhuǎn)速為20000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按6wt.％比例稱取丙三醇0.18t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為100℃，修飾劑溶液濃度為4wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為50納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的亞氧化鈦粉體。

此為樣品3。

實施例4

稱取3t亞氧化鈦(粒徑為500～5000nm)，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎30分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為24000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按10wt.％比例稱取丙三醇0.33t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為2m³/min，氣體壓力為0.7MPa，空氣溫度為120℃，修飾劑溶液濃度為5wt.％，修飾劑溶液的流量為1.2ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為80納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的亞氧化鈦粉體。

此為樣品4。

實施例5

稱取3t氮摻雜亞氧化鈦(粒徑為500～5000nm)，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎30分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為24000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按10wt.％比例稱取丙三醇0.33t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為2m³/min，氣體壓力為0.7MPa，空氣溫度為120℃，修飾劑溶液濃度為5wt.％，修飾劑溶液的流量為1.2ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為80納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的氮摻雜亞氧化鈦粉體。

實施例6

稱取3t磷摻雜亞氧化鈦(粒徑為5000～10000nm)，加入到300rpm轉(zhuǎn)速的機械粉碎機中，粉碎60分鐘，并同時采用超聲高速霧化輔助粉碎，超聲功率為200W，高速霧化轉(zhuǎn)速為22000rpm，粉粹后粉體收集好稱重；按8wt.％比例稱取氨基酸類表面修飾劑0.24t，調(diào)節(jié)氣流粉粹機，氣體流量為3m³/min，氣體壓力為0.6MPa，空氣溫度為110℃，修飾劑溶液濃度為6wt.％，修飾劑溶液的流量為1ml/min，霧化為1～20μm，開始粉碎后噴入修飾劑，粉碎完成后得到平均直徑為100納米、已經(jīng)表面修飾，分散均勻的磷摻雜亞氧化鈦。

實施例7：

取市售納米級改性亞氧化鈦粉體，其改性劑用量為15wt％，作為樣品5。

分別取樣品1、2、3、4、5各5.0g，加入200ml去離子水，磁力攪拌5min，靜置，除去漂浮于水面的粉體，將沉入水底的樣品過濾、烘干、稱重，其質(zhì)量記為M，依如下公式計算活化指數(shù)：

具體結(jié)果如下表

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在活化指數(shù)方面，具有優(yōu)異效果。發(fā)明者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制改性劑用量在1～10wt％時，改性粉體的活化指數(shù)會明顯增強，并穩(wěn)定在90％以上。雖然市售改性粉體中，改性劑用量大過10wt％，但是，由于其在改性過程中，出現(xiàn)原納米粉體與改性納米粉體之間的軟團聚，使得形成“二次粒徑”，無法有效優(yōu)化活化指數(shù)。本發(fā)明在機械粉粹時，同時用超聲或者高速霧化破壞納米粉體間的團聚，避免了直接加入改性劑而產(chǎn)生的軟團聚現(xiàn)象，且在機械粉碎時同時進行修飾會侵蝕機器，導(dǎo)致機器故障。

實施例8：

取市售納米級改性二氧化鈦粉體，其改性劑用量為15wt％，作為樣品5。

分別取樣品1、2、3、4、5，加入四氯化碳，配成0.1wt％的分散液，超聲分散10min，置于10ml有刻度的帶磨口塞的試管中，在室溫下靜置，記錄上層清液的溶劑，其與有機相的體積(10ml)比，表示納米粉體的沉降率以評價其分散性。

計時180分鐘，每隔30分鐘記錄沉降率數(shù)據(jù)，整理的如下圖表：

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在分散性方面，具有優(yōu)異效果。納米粉體是否能夠體現(xiàn)出同基體材料穩(wěn)定融合性和基體材料中的均勻分散性，關(guān)鍵在于控制納米粉體粒徑均勻和納米粉體充分改性。發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，將納米粉體粒子，通過機械粉碎，統(tǒng)一控制在200nm以下，且此過程中采用超聲、高速霧化而非加改性劑改性，更夠避免改性過程中改性納米粒子同原納米粒子的軟團聚，進而使得粒徑分布較窄，不會出現(xiàn)“二次粒徑”現(xiàn)象；再進一步采用氣流粉粹，并同時用改性劑做表面修飾，則在粒徑分布均勻的情況下，進一步細化粒徑，并同時，相比于機械粉粹法改性，近乎于“一對一”充分對納米粒子進行改性。綜上，本發(fā)明所提供的方法，能夠控制納米粉體粒徑均勻且納米粉體充分改性，體現(xiàn)出優(yōu)異的在基體中的分散性。

實施例9：

將樣品1、2、3、4與相應(yīng)基體混合，制成產(chǎn)品成品1～4，進行導(dǎo)電性能、紫外線吸收、光熱轉(zhuǎn)化、光降解甲醛這四方面的能力測試。結(jié)果如下表。

由結(jié)果可見，本發(fā)明所制備的改性粉體，在紫外線吸收、導(dǎo)電能力、光熱轉(zhuǎn)化、光降解甲醛功能方面，具有優(yōu)異效果。功能納米粉體，是否能夠體現(xiàn)優(yōu)異的功能效果，關(guān)鍵在于1.納米粉體粒子本身是否充分改性；2.納米粉體是否在基體中穩(wěn)定融合；3.納米粉體是否在基體中分散均勻。此三者，相輔相成。發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，通過對納米粉體的初輪粉碎并同時超聲或者高速噴霧處理，可以防止納米粉體的軟團聚現(xiàn)象，進而使得其不會因“二次粒徑”而出現(xiàn)粒徑分布過寬，改性不充分的情況發(fā)生。如此一來，在有效控制納米粉體的粒徑分布和改性充分程度的情況下，就使得本發(fā)明所制備得到的納米粉體，能夠具有較高的活化指數(shù)和在基體中優(yōu)異的分散性。進而，即便同改性劑含量更高的普通市售功能粉體相比，本發(fā)明制得的粉體所制備出的面料，能夠體現(xiàn)出更加優(yōu)異的功能效果。

值得一提的是，現(xiàn)有技術(shù)中均為化學(xué)法制得納米級亞氧化鈦粉體，本發(fā)明采用物理方法制成了效果更佳的粉體。摒棄了傳統(tǒng)制備過程中，現(xiàn)修飾后處理的方法，采用超聲霧化輔助處理，并優(yōu)選優(yōu)化了工藝條件，促進了亞氧化鈦表面原子伸向空間的“懸掛鍵”對空氣的吸附，隨著粉碎的進行以及超聲霧化的促進作用，亞氧化鈦內(nèi)部的三維周期勢場不斷在表面被極速中斷，電子狀態(tài)和體相極劇變化，導(dǎo)致除橋氧空位等穩(wěn)定吸附位點以外的其他吸附的氣體發(fā)生一定程度的解離，影響了亞氧化鈦體系中存在著的混合離子和共價鍵作用，使得亞氧化鈦穩(wěn)定性變?nèi)酰軌虮黄扑榈礁偷臄?shù)量級。

綜上所述，本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，通過物理方法簡單、大規(guī)模制備納米量子點，并對其進行表面修飾以增加其穩(wěn)定性和樹脂體系相容性，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，為功能高分子和復(fù)合材料的制備奠定了基礎(chǔ)；本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，采用少量表面修飾劑即可制得性能更優(yōu)異的納米粉體；本發(fā)明所提供的化學(xué)修飾法制備納米級亞氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法所制備得到的納米粉體，粒徑小且在基體中具有優(yōu)異的表面活化指數(shù)和分散性。

應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。