專利名稱：一種高儲存穩(wěn)定性的中性二氧化鈦溶膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在一定基體上形成薄膜的、以銳鈦礦型二氧化鈦為主，具有中 性、光催化活性和親水性、高儲存穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米TiO2有金紅石、銳鈦礦和板鈦礦三種晶型，金紅石和銳鈦礦屬四方晶系，板鈦 礦屬正交晶系。一般的板鈦礦在650°C轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦，銳鈦礦915°C轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 變溫度與TiO2顆粒大小、含雜質(zhì)及其制備方法有關(guān)。顆粒愈小，轉(zhuǎn)變溫度愈低，銳鈦型納米 TiO2向金紅石型轉(zhuǎn)變的溫度為600°C或低于此溫度。納米TiO2化學(xué)性能穩(wěn)定，常溫下幾乎 不與其它化合物反應(yīng)，不溶于水、稀酸，微溶于堿和熱硝酸，不與空氣中C02、SO2, O2等反應(yīng)， 具有生物惰性。納米TiO2具有熱穩(wěn)定性，無毒性。由于納米TiO2的粒徑小，表面分子比例高，比表面積、表面能及表面結(jié)合力大、表 面活性中心多、催化效率高，且納米TiO2對環(huán)境無二次污染，在污水凈化、抗菌殺菌等方面 具有十分廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)納米TiO2能處理80多種有毒化合物，包括工業(yè)有毒溶 劑、化學(xué)殺蟲劑、防腐劑、染料及油污等；納米TiO2對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄糖菌、 沙門氏菌、芽枝菌和曲霉菌等具有很強的殺菌能力。TiO2作為光催化劑的應(yīng)用形式主要有 兩種一是懸浮液，如Ti02、Ti02/Si02、Ti02/Zn02、Ti02/Pt等懸浮液等；二是固定態(tài)，如TiO2 負載于沙子、水泥、玻璃纖維、木屑等，納米TiO2偶聯(lián)于硅鋁空心球、陶瓷顆粒、陶瓷空心球 或?qū)嵭那?，空心玻璃球負載于TiO2薄膜，TiO2和CMC-Na混合負載于玻璃等。二氧化鈦優(yōu)異的性能以及良好的應(yīng)用前景引起了人們廣泛的關(guān)注。起初，國內(nèi)外 主要研究以無機鹽鈦為前驅(qū)體制備的二氧化鈦，產(chǎn)物大部分是以固體粉末形式存在，如朱 永法等利用TiCI4的乙醇溶液作為前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法制備了 TiO2納米粉體，其晶型 是銳鈦礦型，并有一定的光催化活性。李燕等使用自制高壓容器，通過水熱法，以無水TiCl4 和濃鹽酸為原料制備了納米級金紅石型TiO2超細粉。目前，二氧化鈦溶膠的制備已成為研 究的熱點，如艾智慧等人以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體采用溶膠-凝膠法制備了納米TiO2溶膠， 并以活性艷紅(X-3B)模擬有機廢水進行了光催化脫色實驗，實驗結(jié)果表明，二氧化鈦有一 定的光催化活性，但是其呈酸性，保存數(shù)日有團聚現(xiàn)象，而且酸性溶膠易腐蝕涂覆的基體材 料，使其應(yīng)用受到很大的限制。針對二氧化鈦溶膠多呈酸性，常溫下放置數(shù)小時或數(shù)日就會 凝膠，不易保存等問題，本發(fā)明提供了一種可在一定基體上形成薄膜的、具有中性、光催化 活性和親水性、高儲存穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對二氧化鈦的水溶膠呈酸性，儲存時間短，易腐蝕涂覆基體 材料等問題，提供可在一定基體上形成薄膜的、以銳鈦礦型二氧化鈦為主，具有中性、光催 化活性和親水性、高儲存穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠的制備方法。其制備方法包括如下步驟
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(1)取一定量的無機鈦鹽在冰水浴的環(huán)境下用注射器注入蒸餾水中，攪拌5-10小 時讓其充分水解(起初是混濁的溶液，當(dāng)該溶液變成澄清微藍透明即可)。(2)逐滴加入沉淀劑于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之沉淀完全后陳化 12-24h。(3)將得到沉淀物過濾，并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液檢驗無 沉淀現(xiàn)象)。(4)用一定量蒸餾水稀釋上述沉淀物，再加入氧化劑，并攪拌。低溫放置12-24小 時，使過量氧化劑充分反應(yīng)，得到黃色粘性液體。(5)將該粘性液體在70-100°C下加熱和攪拌2-8小時，即可得到淺黃色半透明分 散液即二氧化鈦中性溶膠。本發(fā)明的特點(1)本發(fā)明的銳鈦礦型溶膠，所含的銳鈦礦納米粒子，表面經(jīng)氧化劑處理過，使其 納米粒子間有靜電排斥作用，從而分散型較好，可以長久穩(wěn)定存在。(2)本發(fā)明的銳鈦礦型溶膠，由于其納米粒子粒徑在20nm以下，如果粒徑大于 50nm時，其粒子的重力作用效果很明顯，易于沉降。此銳鈦礦型分散液酸堿度為中性，可利 用在易受酸腐蝕的金屬或建材等材料上使用。而且，能在低溫下形成的二氧化鈦膜致密性 較好。


圖1 為圖2為圖3為圖4為
具體實施例方式實施例1取6ml四氯化鈦在冰水浴的環(huán)境下用6ml注射器注入500ml去離子水中，攪拌4 小時讓其充分水解。然后，逐滴加入40ml濃氨水于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之沉 淀完全后陳化12h。將得到沉淀物過濾，并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液檢 驗無沉淀現(xiàn)象)。用60ml去離子水稀釋上述沉淀物，再加入5ml雙氧水，并攪拌。常溫下放 置12小時，使過量雙氧水充分分解，得到黃色粘性液體。將粘性液體在80°C下加熱和攪拌 8小時，即可得到淺黃色半透明分散液即二氧化鈦中性溶膠。實施例2取6ml硫酸氧鈦在冰水浴的環(huán)境下用6ml注射器注入500ml去離子水中，攪拌4 小時讓其充分水解。然后，逐滴加入40ml濃氨水于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之沉 淀完全后陳化12h。將得到沉淀物過濾，并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液檢 驗無沉淀現(xiàn)象)。用60ml去離子水稀釋上述沉淀物，再加入5ml雙氧水，并攪拌。常溫下放 置12小時，使過量雙氧水充分分解，得到黃色粘性液體。將粘性液體在80°C下加熱和攪拌 8小時，即可得到淺黃色半透明分散液，即二氧化鈦中性溶膠。
二氧化鈦的XRD圖。 二氧化鈦的TEM圖。 二氧化鈦的對亞甲基藍的降解率。 二氧化鈦的接觸角圖。
實施例3取IOml四氯化鈦，在冰水浴的環(huán)境下用6ml注射器注入IOOOml去離子水中，攪拌 4小時讓其充分水解。然后，逐滴加入80ml濃氨水于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之 沉淀完全后陳化12h。將得到沉淀物過濾，并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液 檢驗無沉淀現(xiàn)象)。用120ml去離子水稀釋上述沉淀物，再加入IOml雙氧水，并攪拌。常溫 下放置12小時，使過量雙氧水充分分解，得到黃色粘性液體。將粘性液體在80°C下加熱和 攪拌8小時，即可得到淺黃色半透明分散液，即二氧化鈦中性溶膠。實施例4取IOml硫酸氧鈦，在冰水浴的環(huán)境下用6ml注射器注入IOOOml去離子水中，攪拌 4小時讓其充分水解。然后，逐滴加入80ml濃氨水于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之 沉淀完全后陳化12h。將得到沉淀物過濾，并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液 檢驗無沉淀現(xiàn)象)。用120ml去離子水稀釋上述沉淀物，再加入IOml雙氧水，并攪拌。常溫 下放置12小時，使過量雙氧水充分分解，得到黃色粘性液體。將粘性液體在80°C下加熱和 攪拌8小時，即可得到淺黃色半透明分散液，即二氧化鈦中性溶膠。
權(quán)利要求
可在一定基體上形成薄膜的、以銳鈦礦型二氧化鈦為主，具有中性、光催化活性和親水性、高儲存穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠，采用無機鈦鹽、沉淀劑、氧化劑和蒸餾水為原料，經(jīng)過水解、沉淀、陳化、洗滌和氧化工藝制得。其制備方法包括如下步驟(1)取一定量的無機鈦鹽在冰水浴的環(huán)境下用注射器注入蒸餾水中，攪拌5 10小時讓其充分水解(起初是混濁的溶液，當(dāng)該溶液變成澄清微藍透明即可)。(2)逐滴加入沉淀劑于上述溶液中，產(chǎn)生大量沉淀，攪拌使之沉淀完全后陳化12 24h。(3)將得到沉淀物過濾并用蒸餾水反復(fù)清洗除去氯離子(用硝酸銀溶液檢驗無沉淀現(xiàn)象)。(4)用一定量蒸餾水稀釋上述沉淀物，再加入氧化劑，并攪拌。低溫放置12 24小時，使過量氧化劑充分反應(yīng)，得到黃色粘性液體。(5)將該粘性液體在70 100℃下加熱和攪拌2 8小時，即可得到淺黃色半透明分散液即二氧化鈦中性溶膠。
2.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有中 性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，所制備的溶膠中的二氧 化鈦以銳鈦礦型為主。
3.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有中 性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，所制備的溶膠為中性，PH 值為6. 5-7. 5 ；且室溫下可以密閉穩(wěn)定儲存而不發(fā)生凝膠。
4.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有中 性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，所制備的溶膠成膜后具 有良好的光催化活性和親水性。
5.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有中 性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，采用的無機鈦鹽可以是 硫酸氧鈦、四氯化鈦等無機鈦鹽。
6.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有中 性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，采用的沉淀劑為氨水或 其他堿性介質(zhì)。
7.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、中性 的、具有光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，采用的氧化劑為氧 化鐵、高錳酸鉀、雙氧水、次氯酸等氧化劑。
8.按權(quán)利要求1所述的可在一定基體上形成薄膜的以銳鈦礦型二氧化鈦為主、具有 中性、光催化活性和親水性、儲存穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠，其特征在于，加熱攪拌的溫度為 70-100°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可在一定基體上形成薄膜的、具有中性、光催化活性和親水性、高儲存穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠及其制備方法。制備原料包括無機鈦鹽、沉淀劑、氧化劑和蒸餾水，制備方法是將無機鈦鹽加入到蒸餾水中，然后加入沉淀劑、陳化，再經(jīng)過洗滌除去氯離子，最后加入氧化劑，加熱攪拌即得到成品。所制備的銳鈦礦型二氧化鈦溶膠呈中性，常溫下能長期儲存穩(wěn)定；本發(fā)明制備工藝簡單，周期短，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01G23/053GK101898789SQ20091014339
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者余黎, 吳濤, 張以河, 柯少劍 申請人:張以河;吳濤;余黎;柯少劍