專利名稱：一種制備納米二氧化鈦水分散液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米二氧化鈦水分散液的制備方法，具體涉及一種抗電解質(zhì)納米 二氧化鈦水分散液的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，廣泛應(yīng)用于屏蔽紫外線、光催化和光電轉(zhuǎn) 化等領(lǐng)域。由于納米二氧化鈦小，比表面積大，表面能高，處于能量不穩(wěn)定的狀態(tài)，因而 很容易形成團(tuán)聚體。納米二氧化鈦粉體中的團(tuán)聚特別是硬團(tuán)聚的存在會(huì)使產(chǎn)品的分散性變 差，影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用范圍。為了減輕納米二氧化鈦粒子間的團(tuán)聚，常將納米二 氧化鈦制成分散液的形式，其主要可分為水分散液和油性分散液兩大類。納米二氧化鈦分 散液具有使用方便、容易分散、透明性好、紫外線屏蔽性效率高的優(yōu)點(diǎn)。
納米二氧化鈦水分散液的制備方法很多，可分為四氯化鈦水解法、鹽酸或硝酸膠溶法、 過(guò)氧化氫處理法、二氧化硅復(fù)合法、加分散劑(或稱穩(wěn)定劑)法以及水熱法等。四氯化鈦 水解法和膠溶法制備納米二氧化鈦水分散液呈酸性，在酸性條件下分散性優(yōu)異，但在中性 和堿性條件下則要絮凝和沉淀。過(guò)氧化氫處理法、二氧化硅復(fù)合法、加分散劑(或稱穩(wěn)定 劑)法和水熱法雖然可以制備在中性或堿性條件下穩(wěn)定納米二氧化鈦水分散液，但分散液 的抗鹽性差，當(dāng)納米二氧化鈦水分散液中存在少量無(wú)機(jī)鹽，納米二氧化鈦就會(huì)發(fā)生凝聚和 沉淀問(wèn)題。為提高納米二氧化鈦水分散液的抗鹽性，公開號(hào)為CN1764602A的專利申請(qǐng)公開 了 "一種表面改性二氧化鈦微粒和其分散液及其制備方法"，通過(guò)親水性高分子的羧基對(duì)二 氧化鈦表面以酯鍵進(jìn)行化學(xué)修飾，得到了在較寬的pH范圍具有良好分散性和穩(wěn)定性的納米 二氧化鈦水分散液，而且該分散液具有較強(qiáng)的抗鹽性。但是該專利申請(qǐng)的缺陷是工藝步驟 復(fù)雜，而且需要首先制備出納米二氧化鈦溶膠，然后進(jìn)行分散、混合、水熱處理、分離、 精制等步驟。另外，該專利申請(qǐng)使用的含聚羧酸水性高分子價(jià)格較貴，造成產(chǎn)品成本偏高。 日本石原產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社(特開平7-247119)為提高納米二氧化鈦水分散液的抗電解性能， 提出一種納米二氧化鈦固含量為20~60%水分散液的制備方法(1)首先制備出納米二氧化 鈦；(2)對(duì)納米二氧化鈦進(jìn)行表面疏水化有機(jī)處理；(3)加入非離子表面活性劑，充分分 散，制得納米二氧化鈦水分散液。該專利的缺點(diǎn)是工藝非常復(fù)雜，分散難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)存在的缺陷，提供了一種工藝簡(jiǎn)單、低成本制備納米
二氧化鈦水分散液方法，而且分散液在較寬的pH范圍內(nèi)具有優(yōu)異的分—散性、穩(wěn)定性和抗 鹽性。
本發(fā)明具體步驟包括
1、 混合液的配制將無(wú)定形結(jié)構(gòu)的二氧化鈦、丙三醇、去離子水配制成混合液，并調(diào) 節(jié)混合液的pH值為3.0~12.0;
2、 水熱晶化處理將步驟l配制混合液置于密閉設(shè)備中，升溫至180 250'C，保溫晶 化6~48h;
3、 固-液分離將步驟2所得的納米二氧化鈦漿液固-液分離除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇。
4、 將所得的濾餅或濃縮漿重新分散在去離子水中，配制成不同固含量納米二氧化鈦水
分散液。
所述步驟1的混合液須具有可流動(dòng)性，混合液中丙三醇和水的質(zhì)量比為1~3: 1。
所述步驟3的固-液分離可采用抽濾、壓濾、膜過(guò)濾和離心分離等方法。
本發(fā)明所制備的納米二氧化鈦水分散液，其中納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦，納米二
氧化鈦表面有2~5%的丙三醇，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明所述納米二氧化鈦水分散液的制備方法具有步驟少，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。由于 使用丙三醇作為表面修飾劑，丙三醇的價(jià)格便宜，且可以回收。
2、 本發(fā)明所述納米二氧化鈦水分散液在較寬的pH范圍內(nèi)具有優(yōu)異的分散性、穩(wěn)定性
和抗鹽性。
3、 本發(fā)明將納米二氧化鈦合成和表面接枝在同一反應(yīng)過(guò)程中進(jìn)行，操作簡(jiǎn)便，容易控制。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明先將無(wú)定形結(jié)構(gòu)的二氧化鈦、丙三醇、去離子水配制成混合液，丙三醇和水的
質(zhì)量比為1~3: 1，并調(diào)節(jié)混合液的pH值為3.0~12.0;混合液須具有可流動(dòng)性，再將該混 合液置于密閉設(shè)備中，升溫至180 25(TC，保溫晶化6 48h;然后將所得的納米二氧化鈦漿 液固-液分離除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇，固-液分離可采用抽濾、壓濾、膜過(guò)濾和離心分 離等方法，最后將所得的濾餅或濃縮漿重新分散在去離子水中，配制成不同固含量納米二 氧化鈦水分散液。
下面通過(guò)6個(gè)實(shí)施例再詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明
實(shí)施例1 量取2.0mol L"NaOH水溶液lOOOmL置于2000mL三口燒瓶中， 一邊攪拌， 一邊緩 慢滴加1.0 mol U1的TiCU水溶液500mL，控制反應(yīng)溫度為50°C。 TiCU水溶液滴加完畢 后，將中和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)C1— (1%的 AgN03溶液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶液的pH 值為3.0，混合溶液中含有100g丙三醇和100g水(包括加入的去離子水、濾餅中所含的水 和調(diào)節(jié)pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至18(TC，在18(TC 下反應(yīng)48h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦漿液抽濾，并用去離子水洗滌除去雜質(zhì) 離子和游離的丙三醇。將所得的濾餅重新分散在去離子水中，配制成固含量為20%的納米 二氧化鈦水分散液。該分散液在2.0mol，L—i的碳酸銨溶液中，靜置180天，未發(fā)現(xiàn)納米二 氧化鈦發(fā)生絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，粒徑為7 10nm。 實(shí)施例2
量取2.0mol L"NaOH水溶液1000mL置于2000mL三口燒瓶中， 一邊攪拌， 一邊緩 慢滴加1.0 mol U1的TiCU水溶液500mL，控制反應(yīng)溫度為10°C。 TiCl4水溶液滴加完畢 后，將中和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)cr (1%的 AgN03溶液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶液的pH 值為12.0，混合溶液中含有200g丙三醇和100g水(包括加入的去離子水、濾餅中所含的 水和調(diào)節(jié)pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至250°C ，在250°C 下反應(yīng)6h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦漿液離心分離，并用去離子水洗滌除去雜 質(zhì)離子和游離的丙三醇。將所得的納米二氧化鈦沉淀重新分散在去離子水中，配制成固含 量為30%的納米二氧化鈦水分散液。該分散液在2.0mol 'L—1的碳酸銨溶液中，靜置180天， 未發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦發(fā)生絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，粒徑為 8(M20nm。 實(shí)施例3
量取2.0mol L"NaOH水溶液1000L置于2000L反應(yīng)釜中， 一邊攪拌， 一邊緩慢滴加 1.0 mol U1的TiCU水溶液500L，控制反應(yīng)溫度為l(TC。 TiCl4水溶液滴加完畢后，將中 和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)Cr (P/。的AgN03溶 液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶液的pH值為8.0， 混合溶液中含有300kg丙三醇和100kg水(包括加入的去離子水、濾餅中所含的水和調(diào)節(jié) pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至20(TC，在200。C下反應(yīng) 24h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦漿液用陶瓷納濾膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)濾和洗滌，除去雜
質(zhì)離子和游離的丙三醇。最后將納米二氧化鈦漿液濃縮成固含量為15%的納米二氧化鈦水 分散液。該分散液在2.0moPL"的碳酸銨溶液中，靜置180天，未發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦發(fā)生 絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，粒徑為30 60nm。 實(shí)施例4
量取4.0mol L"氨水水溶液500mL置于2000mL三口燒瓶中， 一邊攪拌， 一邊緩慢滴 加l.Omol 'L"的Ti(SO4)2水溶液500mL，控制反應(yīng)溫度為30°C。 Ti(SO02水溶液滴加完畢 后，將中和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)S042— (10% 的氯化鋇溶液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶液的 pH值為6.0，混合溶液中含有100g丙三醇和100g水(包括加入的去離子水、濾餅中所含 的水和調(diào)節(jié)pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至22(TC，在 22(TC下反應(yīng)15h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦槳液離心分離，并用去離子水洗滌 除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇。將所得的納米二氧化鈦沉淀重新分散在去離子水中，配制 成固含量為22%的納米二氧化鈦水分散液。該分散液在2.0mol，L—1的碳酸銨溶液中，靜置 180天，未發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦發(fā)生絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，粒 徑為10~15nm。 實(shí)施例5
量取1.0 mol U1的Ti(S04)2水溶液500mL置于2000mL三口燒瓶中， 一邊攪拌，一 邊緩慢滴加2.0mol L^氨水水溶液1000mL，控制反應(yīng)溫度為20°C。 Ti(S04)2水溶液滴加 完畢后，將中和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)SO, (10%的氯化鋇溶液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶 液的pH值為9.0，混合溶液中含有200g丙三醇和100g水(包括加入的去離子水、濾餅中 所含的水和調(diào)節(jié)pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至200。C， 在20(TC下反應(yīng)30h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦漿液離心分離，并用去離子水洗 滌除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇。將所得的納米二氧化鈦沉淀重新分散在去離子水中，配 制成固含量為24%的納米二氧化鈦水分散液。該分散液在2.0mol，L"的碳酸銨溶液中，靜 置180天，未發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦發(fā)生絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)， 粒徑為60 80nrn。 實(shí)施例6
量取1.0 mol U1的Ti(S04)2水溶液500mL置于2000mL三口燒瓶中， 一邊攪拌，一 邊緩慢滴加2.0mol L"氨水水溶液1000mL，控制反應(yīng)溫度為20°C。 Ti(S04)2水溶液滴加
完畢后，將中和所得的無(wú)定形二氧化鈦水合物過(guò)濾，并用去離子水洗滌至濾液中無(wú)so42— (10%的氯化鋇溶液檢測(cè))。將濾餅重新分散在由丙三醇和水所組成的混合溶液中，混合溶 液的pH值為7.0，混合溶液中含有300g丙三醇和100g水(包括加入的去離子水、濾餅中 所含的水和調(diào)節(jié)pH值所用的水三部分)。把混合溶液置于不銹鋼反應(yīng)釜中，升溫至20(TC， 在20(TC下反應(yīng)48h。冷卻至室溫，把所得的納米二氧化鈦漿液離心分離，并用去離子水洗 滌除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇。將所得的納米二氧化鈦沉淀重新分散在去離子水中，配 制成固含量為19%的納米二氧化鈦水分散液。該分散液在2.0mobL"的碳酸銨溶液中，靜 置180天，未發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦發(fā)生絮凝現(xiàn)象。所得納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。 粒徑為13 20nrn。
權(quán)利要求
1.一種制備納米二氧化鈦水分散液的方法，其特征是包括如下步驟(1)混合液的配制將無(wú)定形結(jié)構(gòu)的二氧化鈦、丙三醇、去離子水配制成混合液，并調(diào)節(jié)混合液的pH值為3.0～12.0；(2)水熱晶化處理將步驟(1)配制混合液置于密閉設(shè)備中，升溫至180～250℃，保溫晶化6～48h；(3)固-液分離將步驟(2)所得的納米二氧化鈦漿液固-液分離除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇；(4)將所得的濾餅或濃縮漿重新分散在去離子水中，配制成不同固含量納米二氧化鈦水分散液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米二氧化鈦水分散液的方法，其特征是步驟(1)所 述的混合液須具有可流動(dòng)性，混合液中丙三醇和水的質(zhì)量比為1~3: 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米二氧化鈦水分散液的方法，其特征是步驟(3)所 述的固-液分離可采用抽濾、壓濾、膜過(guò)濾和離心分離方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備納米二氧化鈦水分散液的方法，包括如下步驟1.混合液的配置將無(wú)定形結(jié)構(gòu)的二氧化鈦、丙三醇、去離子水配制成混合液，并調(diào)節(jié)混合液的pH值為3.0～12.0；2.水熱晶化處理將步驟1配制混合液置于密閉設(shè)備中，升溫至180～250℃，保溫晶化10～48h；3.固-液分離將步驟2所得的納米二氧化鈦漿液固-液分離除去雜質(zhì)離子和游離的丙三醇。4.將所得的濾餅或濃縮漿重新分散在去離子水中，配制成不同固含量納米二氧化鈦水分散液。本發(fā)明所制備納米二氧化鈦的晶型為銳鈦礦，納米二氧化鈦表面有2～5％的丙三醇，制備方法簡(jiǎn)單，在較寬的pH范圍內(nèi)具有優(yōu)異的分散性、穩(wěn)定性和抗鹽性。
文檔編號(hào)C01G23/047GK101367547SQ20081015693
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者吳鳳芹, 超 姚, 張國(guó)慶, 方志成, 曾永斌, 李為民, 陳志剛, 馬江權(quán) 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院