一種納米二氧化鈦的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種納米二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：1)按鈦酸鹽(鈦酸酯類)和醇溶劑的體積比為1：2?5配制鈦酸鹽醇溶液；2)將步驟1)中配制所得的鈦酸鹽醇溶液置于水浴中，待溫度恒定后，加入蒸餾水，所述的蒸餾水的加入量為鈦酸鹽醇溶液體積的6?10倍，生成白色沉淀物；3)離心分離步驟2)中所得白色沉淀物，并用乙醇洗滌，得到白色沉淀物；4)將步驟3)中所得沉淀物在50?80℃下干燥4?6小時，得到分散均勻的白色粉體；并于400?500℃條件下熱處理至少2h，得到納米TiO2粉體。本發明所述的制備納米二氧化鈦的方法簡單快速，無需使用任何分散劑或添加劑，制備所得的納米TiO2沒有明顯的團聚現象，粒徑分布均勻，分散性好。
【專利說明】
一種納米二氧化鈦的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種納米二氧化鈦的制備方法。
【背景技術】
[0002]環境友好型光催化技術具有低能耗、易操作、無二次污染等特點，且有望利用太陽能，在有機合成、光解水、環境治理等領域顯示廣闊的應用前景。二氧化鈦(T12)具有光催化活性高、性能穩定、無二次污染和價廉易得等特點，被認為是最具應用前景的光催化劑。在光催化技術領域，如何提高光催化反應的光量子產率，是應用所面臨的主要難題。納米級的T12的光吸收邊帶邊界藍移，有更高的氧化-還原電位;粒徑小的納米晶T12能有效地減少光生電子和光生空穴的復合，使更多的電子和空穴能參與氧化一還原反應；同時，納米T12巨大的表面能將反應物吸附在表面上，也有利于反應的進行。因此，近年來納米T12光催化劑的制備方法引起了科研工作者的極大關注。
[0003]目前，有關納米T12的制備方法主要有:水熱合成法、控制水解法、溶膠-凝膠法、微乳液法、沉淀法和化學氣相沉積法等。其中溶膠-凝膠法是以鈦醇鹽為原料，在有機介質中進行水解、縮聚反應，使溶液經溶膠、凝膠過程后，凝膠干燥，煅燒成粉體的方法。該方法制備的納米T12粒徑小，分布均勻，分散性好。但由于要以鈦醇鹽為原料，又加入大量的有機試劑，使得制備成本高;此外，該法將干燥獲得的前驅物直接進行煅燒，產物易團聚，限制了產品諸多優異性能的發揮。如何減輕納米T12粒子間的團聚現象，也是T12催化劑工業化生產所必須解決的問題。
[0004]中國專利03152887.2采用溶膠-凝膠法制備了T12溶膠，再加入表面活性劑，使表面活性劑吸附在納米T12表面，提高顆粒的分散性，最后加入粉碎工藝來減輕煅燒納米T12的團聚程度。中國專利200810234383.3采用溶膠-凝膠和微波輻射技術相結合制備納米T12的方法。在導熱劑SnO2的作用下，用微波輻射加熱技術代替傳統高溫煅燒對制備好的二氧化鈦凝膠進行熱處理，降低了納米T12團聚，其催化活性得到較大改善。這些方法都可制備出團聚程度較小的納米T12粉體，但防團聚效果仍不十分理想。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述現有納米T12溶膠-凝膠制備技術中的不足，提供一種納米二氧化鈦的制備方法，該方法簡單快速、無需使用任何分散劑或添加劑、防團聚效果好。本發明的基本發明理念是:以鈦酸鹽(鈦酸酯類)為原料，以醇為溶劑配置溶液，充分利用鈦酸鹽遇水發生快速水解的特性，在鈦酸鹽溶液中加入大量的蒸餾水，使得鈦酸鹽在短時間內極速水解，形成更多數量的Ti(OH)4晶核，而晶核的長大并不明顯，從而容易形成均勻分散的納米晶核。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用下列技術方案:
[0007]本發明提供了一種納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008]I)按鈦酸鹽(鈦酸酯類)和醇溶劑的體積比為1:2-5配制鈦酸鹽醇溶液；
[0009]2)將步驟I)中配制所得的鈦酸鹽醇溶液置于30_50°C水浴中，待溫度恒定后，加入蒸餾水，所述的蒸餾水的加入量為鈦酸鹽醇溶液體積的6-10倍，鈦酸鹽醇溶液在水中發生水解，形成白色沉淀；
[0010]3)離心分離上述沉淀物，并用乙醇洗滌，得到白色沉淀物；
[0011]4)將步驟3)中所得沉淀物在50-80°C下干燥4-6小時得到分散均勻的白色粉體;并于400-500°C條件下熱處理至少2h，得到納米T12粉體。
[0012]優選地，上述步驟I)中所述的鈦酸鹽(鈦酸酯類)為鈦酸丁酯。
[0013]優選地，上述步驟I)中所述的醇溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇。
[0014]本發明提供的技術方案達到了如下的有益效果:
[0015](I)與傳統的溶膠-凝膠法相比，本發明所述的制備納米二氧化鈦的方法中使用鈦酸鹽替代了成本高的鈦醇鹽，有效減低了制備工藝的成本;此外，充分利用鈦酸鹽遇水發生快速水解的特性，在鈦酸鹽醇溶液中加入大量的蒸餾水，使得鈦酸鹽在短時間內極速水解，形成更多數量的Ti(OH)4晶核，而晶核的長大并不明顯，從而容易形成納米晶核；另外，30-50°C的反應溫度可以進一步加速鈦酸鹽水解的過程；
[0016](2)本發明所述的制備納米二氧化鈦的方法簡單快速，無需使用任何分散劑或添加劑，制備所得的納米T12沒有明顯的團聚現象，粒徑分布均勻，分散性好。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例2得到的白色粉體的透射電鏡照片。
【具體實施方式】
[0018]為了闡明本發明的技術方案及技術目的，下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發明所述納米T i02的制備過程做進一步的介紹。
[0019]實施例1
[0020]I)按鈦酸丁酯和異丙醇的體積比為1:5配制鈦酸丁酯的醇溶液；
[0021]2)將配制所得的鈦酸丁酯的醇溶液置于50°C的水浴中，待溫度恒定后，快速加入大量的蒸餾水，水的加入量為鈦酸丁酯醇溶液體積的8倍，鈦酸丁酯水解，形成白色沉淀；
[0022]3)使用離心機(轉速8000r/min，離心1min)分離沉淀物，并用乙醇洗滌一次，得到白色沉淀物；
[0023]4)將步驟3)中所得的白色沉淀物置于65°C烘箱干燥4-6小時，得到分散均勻的白色粉體;并于450°C條件下熱處理2h，得到分散性好的納米T12粉體。
[0024]實施例2
[0025]I)按鈦酸丁酯和乙醇的體積比為1:2配制鈦酸丁酯的醇溶液；
[0026]2)將鈦酸丁酯的醇溶液置于40°C的水浴中，待溫度恒定后，快速加入大量的蒸餾水，水的加入量為鈦酸丁酯醇溶液體積的6倍，鈦酸丁酯水解，形成白色沉淀；
[0027]3)使用離心機(轉速8000r/min，離心1min)分離沉淀物，并用乙醇洗滌一次，得到白色沉淀物；
[0028]4)將步驟3)中所得的白色沉淀物置50°C烘箱干燥4-6小時得到分散均勻的白色粉體;并于400°C條件下熱處理2h，得到分散性好的納米T12粉體。
[0029]實施例3
[0030]I)按鈦酸丁酯和甲醇的體積比為1:3配制鈦酸丁酯的醇溶液；
[0031]2)將鈦酸丁酯的醇溶液置于30°C的水浴中，待溫度恒定后，快速加入大量的蒸餾水，水的加入量為鈦酸丁酯醇溶液體積的10倍，鈦酸丁酯水解，形成白色沉淀；
[0032]3)使用離心機(轉速8000r/min，離心1min)分離沉淀物，并用乙醇洗滌一次，得到白色沉淀物；
[0033]4)將步驟3)中所得的白色沉淀物置80°C烘箱干燥4-6小時得到分散均勻的白色粉體;并于500°C條件下熱處理2h，得到分散性好的納米T12粉體。
[0034]驗證例I
[0035]在本驗證例I中，采用透射電鏡(TEM)對采用本發明所提供的納米二氧化鈦的制備方法制得的樣品的形貌進行了表征。
[0036]圖1為實施例2制備所得粉體的TEM照片。由圖可見，粉體的粒度均勻，分散性好，顆粒尺寸約為5-10nm。說明本發明采用的技術方案可以成功獲得粒度分布均勻，分散性好的納米Ti02粉體。
[0037]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，如:實施例的配方所取名稱、工藝所取名稱等可以不同；依據本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化等。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書、說明書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)按鈦酸鹽和醇溶劑的體積比為1:2?5配制鈦酸鹽醇溶液，其中，所述的鈦酸鹽為鈦酸酯類鈦酸鹽； 2)將步驟I)中配制所得的鈦酸鹽醇溶液置于30-50°C水浴中，待溫度恒定后，加入蒸餾水，所述的蒸餾水的加入量為鈦酸鹽醇溶液體積的6-10倍，生成白色沉淀物； 3)離心分離步驟2)中所得白色沉淀物，并用乙醇洗滌，得到白色沉淀物； 4)將步驟3)中所得沉淀物在50-80°C下干燥4-6小時，得到分散均勻的白色粉體;并于400-500°C條件下熱處理至少2h，得到納米T12粉體。2.如權利要求1所述的一種納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于，上述步驟I)中所述的鈦酸酯類鈦酸鹽為鈦酸丁酯。3.如權利要求1或者2所述的一種納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的醇溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇。
【文檔編號】B82Y30/00GK105948115SQ201610476183
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】劉斌, 姚義俊, 沈國柱, 饒偉鋒, 陳卓, 趙俊杰, 陳順江, 張詩雨, 張旭良
【申請人】南京信息工程大學