專利名稱：一種單分散米粒狀無定形納米TiO₂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬催化劑材料領(lǐng)域，涉及一種納米TiO2的制備方法，具體地說，是涉及一種無定形納米TiO2的制備方法，更具體地說，是涉及一種單分散米粒狀無定形納米TiO2的制備方法。
背景技術(shù)：
自1972年首次觀察到光照TiO2陽極出現(xiàn)光電化學(xué)分解水的現(xiàn)象以來，TiO2逐漸成為非均相光催化研究的熱點(diǎn)。由于其廉價(jià)、無毒、高催化活性及穩(wěn)定性等更是成為光催化用半導(dǎo)體的首選，是目前研究得最多的半導(dǎo)體光催化劑。TiO2作為一種光催化劑在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，因而對(duì)它的研究也相當(dāng)深入和廣泛。在污水處理方面可以光分解污水中的含有苯環(huán)、胺基、偶氮基的有機(jī)染料和農(nóng)藥生成無害的無機(jī)成分；在空氣凈 化領(lǐng)域，可以光催化降解除去室內(nèi)環(huán)境中甲醛、三氯乙烯、甲醇、甲苯等絕大部分有機(jī)污染物；在抗菌方面，納米TiO2在室溫和光照的條件下可以分解各類細(xì)菌、毒素等，應(yīng)用于抗菌涂料、抗菌陶瓷、抗菌家具及飲用水凈化；納米TiO2在紫外區(qū)的強(qiáng)吸收性和無毒無味的物理性質(zhì)決定了其在化妝品領(lǐng)域也有巨大應(yīng)用潛力。但TiO2光催化劑中存在兩個(gè)影響其實(shí)際應(yīng)用的主要瓶頸一是催化劑量子產(chǎn)率較低；二是帶隙寬度過高，導(dǎo)致其光學(xué)響應(yīng)范圍較窄。已有許多文獻(xiàn)研究了 TiO2不同晶相、晶粒尺寸、缺陷濃度、表面物種和晶格畸變應(yīng)力等與催化活性的關(guān)系，近年來對(duì)納米TiO2的制備與光催化性能研究也成為熱點(diǎn)，中國專利CN 101597083A公開了一種單分散納米TiO2的制備方法，該方法以鈦酸酯為前驅(qū)體，在表面活性劑存在下，乙醇中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)銳鈦礦型納米Ti02。中國專利CN 101073769A公布了一種水蒸氣水解法制備納米TiO2的方法，該方法利用四氯化鈦在乙醇溶液中的水解反應(yīng)來制備TiO2納米粒子，經(jīng)焙燒后得到晶態(tài)Ti02。需要注意的是，這些制備方法中有的使用了有機(jī)金屬鈦前驅(qū)物，有的使用了有機(jī)溶齊U，制備成本高，
另外，目前大多數(shù)關(guān)于TiO2光催化的研究都集中在晶態(tài)TiO2，很少關(guān)注其非晶態(tài)(無定形TiO2)的性質(zhì)。然而，最近的研究成果表明，非晶金屬氧化物也具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)，無定形TiO2的研究也有了一定的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)，無定形TiO2更容易加工成不同形狀和形式，可摻雜更多的化學(xué)物質(zhì)，雖然無定形TiO2無可見光催化活性，但表面負(fù)載摻雜后，光催化活性大大提高，也可以利用染料敏化無定形TiO2實(shí)現(xiàn)可見光下降解染料污染物。王齊等用鈦酸酯水解法制備了無定形TiO2，并用于可見光敏化降解染料污染物，所制備的無定形TiO2對(duì)羅丹明B的光催化降解具有很好的效果(王齊等，催化學(xué)報(bào)，2011，32 :1076)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有制備納米TiO2技術(shù)中使用金屬有機(jī)鈦酸酯和有機(jī)溶劑、反應(yīng)條件較苛刻，其尺寸、結(jié)構(gòu)和形貌難以控制的技術(shù)問題，提供了一種單分散無定形納米TiO2的制備方法。該方法工藝簡單，反應(yīng)條件較溫和，所制備出的無定形TiO2的尺寸、結(jié)構(gòu)和形貌容易控制，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種單分散無定形納米TiO2的制備方法。其特征在于，所述方法包括下述步驟
1.將0.05-1.0mol.L—1 Ti (SO4)2和10 g噸―1聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，加入3. 5-7% (體積比)的H2O2 ；
2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在1001恒溫加熱1-2 h，然后升溫到200-240 °C加熱0. 5 -I h，最后再調(diào)到60-80 °C加熱20-24 h，得到含有TiO2的混合液；
3.將上述含有TiO2的混合液冷卻后，在一定轉(zhuǎn)速下離心，倒掉上層液體，并用水和乙醇重復(fù)洗滌，獲得白色納米TiO2沉淀物；
4.將步驟(3)中獲得的沉淀物放入干燥箱中干燥，得到單分散無定形納米Ti02。
其中，在步驟(3)中，所述離心轉(zhuǎn)速為8000-10000 r/min，離心時(shí)間為5-10 min。進(jìn)一步，在步驟(4)中，干燥的溫度為60-80 °C，干燥的時(shí)間為12-24 h。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所用前驅(qū)物為廉價(jià)的無機(jī)鹽硫酸鈦，在水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，制備成本低；該方法所制備的納米TiO2顆粒形狀均一，單分散性好。


圖I為實(shí)施例一所制備的TiO2樣品的SEM和TEM照片。圖2為實(shí)施例二所制備的TiO2樣品的SEM和TEM照片。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
實(shí)施例一
(1)將0.05 mo I L-1 Ti (SO4)2和10 g L-1聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，加入3. 5 %(體積比)的H2O2為配位劑；
(2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在1001恒溫加熱I h，然后升溫到200 °C加熱I h，最后再調(diào)到80 °C加熱20 h，得到含有TiO2的混合液；
(3)將上述含有TiO2的混合液冷卻后，在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，倒掉上層液體，并用水和乙醇重復(fù)洗滌三次，獲得白色TiO2沉淀物；
(4)將步驟(3)中獲得的沉淀物放入放入80°C干燥箱中干燥24 h，得到單分散無定形納米TiO2。實(shí)施例二
(1)將I.0 mol L—1 Ti (SO4)2和10 g L—1聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，加入7 % (體積比)的H2O2為配位劑；
(2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在100°C恒溫加熱Ih，然后升溫到200 °C加熱I h，最后再調(diào)到80 °C加熱20 h，得到含有TiO2的混合液；
(3)將上述含有TiO2的混合液冷卻后，在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，倒掉上層液體，并用水和乙醇重復(fù)洗滌三次，獲得白色TiO2沉淀物；
(4)將步驟(3)中獲得的沉淀物放入放入80°C干燥箱中干燥24 h，得到單分散無定形納米TiO2。
實(shí)施例三
(1)將0.05 mol L-1 Ti (SO4)2和10 g L-1聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，加入3. 5 %(體積比)的H2O2 ；
(2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在100°C恒溫加熱Ih，然后升溫到240 °C加熱30 min，最后再調(diào)到60 °C加熱24 h，得到含有TiO2的混合液； (3)將上述含有TiO2的混合液冷卻后，在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，倒掉上層液體，并用水和乙醇重復(fù)洗滌三次，獲得白色TiO2沉淀物；
(4)將步驟(3)中獲得的沉淀物放入放入80°C干燥箱中干燥24 h，得到單分散無定形納米TiO2。樣品的粉末X射線衍射圖譜沒有出現(xiàn)明顯的衍射峰，表明本發(fā)明所述方法制備的TiO2產(chǎn)物為無定形態(tài)。圖I為利用本發(fā)明實(shí)施例一所述方法制備的單分散無定形TiO2的不同放大倍數(shù)掃描電子顯微鏡(SEM)照片。從圖中的照片可以看出，通過控制反應(yīng)條件，可以得到米粒狀單分散納米TiO2，所得TiO2納米粒子大小均勻，形貌規(guī)整。米粒狀TiO2納米粒子的長和寬分別是180nm和lOOnm。圖I第2幅圖為該樣品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。從圖中可以看出，米粒狀納米TiO2大小均勻，單分散性好。電子衍射結(jié)果顯示沒有明顯的衍射花樣出現(xiàn)，表明所得樣品為無定形態(tài)。圖2為實(shí)施例二所制備的TiO2樣品的SEM和TEM照片，SEM照片顯示所得TiO2納米粒子大小均勻，形貌規(guī)整，仍然為米粒狀。TEM照片顯示米粒狀TiO2納米粒子大小均勻，單分散性好。電子衍射結(jié)果顯示沒有明顯的衍射花樣出現(xiàn)，表明該樣品也為無定形態(tài)。上述實(shí)施例是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，未背離本發(fā)明的原理與工藝過程下所作的其它任何改變、替代、簡化等，均為等效的置換，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種單分散米粒狀無定形納米TiO2的制備方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)將O.05-1. O mol·じ1 Ti (SO4)2和10 g ·じ1聚こ烯吡咯烷酮溶解于水中，加入3.5-7 % (體積比)的 H2O2 ； (2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯四氟こ烯的高壓反應(yīng)釜中，在100°C恒溫加熱1-2h，然后升溫到200-240°C加熱O. 5 -I h，最后再調(diào)到60_80°C加熱20-24 h，得到含有TiO2的混合液； (3)將上述含有TiO2的混合液冷卻后，在一定轉(zhuǎn)速下離心，倒掉上層液體，并用水和こ醇重復(fù)洗滌，獲得白色TiO2沉淀物； (4)將步驟(3)中獲得的沉淀物放入干燥箱中干燥，得到單分散無定形納米Ti02。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單分散米粒狀無定形納米TiO2的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述離心轉(zhuǎn)速為8000-10000 r/min,離心時(shí)間為5-10 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單分散米粒狀無定形納米TiO2的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中，干燥的溫度為60-80°C，干燥的時(shí)間為12-24 h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用無機(jī)鹽Ti(SO4)2制備單分散米粒狀無定形納米TiO2的制備方法。以水為反應(yīng)介質(zhì)，將無機(jī)鹽Ti(SO4)2和聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，加入H2O2為配位劑，以變溫加熱方式進(jìn)行水熱反應(yīng)，即先在100℃恒溫加熱1-2h，然后升溫到200-240℃加熱0.5-1h，最后再調(diào)到60-80℃加熱20-24h；反應(yīng)結(jié)束后，將所得產(chǎn)物TiO2離心洗滌并干燥，獲得單分散米粒狀無定形納米TiO2。本發(fā)明所述制備單分散無定形納米TiO2的方法簡單，產(chǎn)物TiO2納米粒子的尺寸、結(jié)構(gòu)和形貌容易控制。利用無機(jī)鹽Ti(SO4)2在水溶液中反應(yīng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中原料成本高的問題。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102688753SQ20111035732
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月13日
發(fā)明者宋彩霞, 楊茂麗, 王德寶 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)