專利名稱：一種形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料化學(xué)和光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種形貌可控的高純度板鈦礦 型二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦以其無毒、價廉、光催化效率高、氧化能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在廢水處 理、空氣凈化、抗菌殺菌、太陽能轉(zhuǎn)化等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。二氧化鈦有三種晶型銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。銳鈦礦和金紅石型二氧化 鈦的研究和應(yīng)用較為廣泛；板鈦礦型二氧化鈦因其用人工方法難以合成純凈相而使其結(jié)構(gòu) 和性能的研究較少。此外，由于其不穩(wěn)定性，工業(yè)上一直沒有體現(xiàn)其應(yīng)用價值。近年來，隨 著制備技術(shù)的提高及研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)板鈦礦型二氧化鈦在結(jié)構(gòu)和性能上有區(qū)別銳鈦 礦型、金紅石型的獨特性質(zhì)，晶體中存在沿c軸方向的通道、(100)晶面上裸露的氧原子，使 其具有更為優(yōu)良的光電化學(xué)、光催化性能。由此，近年來對板鈦礦型二氧化鈦的制備技術(shù)及 性能的研究稱為熱點。目前，盡管有關(guān)于棒狀、納米管狀等不同形貌的板鈦礦型納米二氧化鈦的制備的 報道，但存在著形貌單一，步驟復(fù)雜(如魏明燈等以兩步水熱法制備板鈦礦型納米二氧化 鈦納米管)，原材料昂貴(較多的采用鈦的有機醇鹽、四氯化鈦、三氯化鈦等)等問題。采用 一步水熱法，價格低廉的硫酸鈦為原料，通過控制PH值及反應(yīng)溫度即可獲得梭狀、棒狀、花 瓣狀、納米管狀的等不同形貌的高純度板鈦礦型納米二氧化鈦尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法。該方 法采用價格低廉的硫酸鈦、乙酸鈉和氫氧化鈉為原料，一步水熱法，通過控制混懸液前驅(qū)體 體系的PH值和水熱反應(yīng)溫度即可制得梭狀、花瓣狀、納米管狀的等不同形貌的高純度板鈦 礦型納米二氧化鈦。制備過程簡單、產(chǎn)品結(jié)晶相純度高、形貌可控、性能穩(wěn)定、成本低，是一 種具備商用前景的制備方法。本發(fā)明所述的形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法是在攪拌狀態(tài) 下，0. 05 0. 5mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為1. Omol/L，然后 用1. Omol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值至8 12范圍；將上述所得混懸液 前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)160 300°C水熱反應(yīng)4 6天后取出，洗滌，干燥，得到不同形貌的產(chǎn)優(yōu)選的，當混懸液前驅(qū)體的PH在8 11范圍，水熱反應(yīng)溫度為200 300°C，所得 產(chǎn)物為花瓣狀高純度板鈦礦型二氧化鈦。優(yōu)選的，當混懸液前驅(qū)體的pH在11 12范圍，水熱反應(yīng)溫度為160 200°C，所 得產(chǎn)物為納米棒聚集、組裝成的梭狀高純度板鈦礦型二氧化鈦。優(yōu)選的，當混懸液前驅(qū)體的pH在8 10范圍，水熱反應(yīng)溫度為160 220°C，所得產(chǎn)物為納米管狀高純度板鈦礦型二氧化鈦。本發(fā)明制備的花瓣狀顆粒具有很好的分散性，其平均直徑約為2 μ m，是由約 0. 2 μ m大小的晶粒聚集組裝而成；梭形顆粒大小、形貌較均一，長度在0. 8 μ m，中間直徑在
0.3 μ m左右，是更小由棒狀晶粒聚集、組裝而成；納米管的外徑約為80nm，內(nèi)徑20nm，長徑 比較大。詳見附圖1 4。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明一步合成，步驟簡單，原材料便宜易得；產(chǎn)品形貌可 控、純度高，因而可大規(guī)模生產(chǎn)，從而拓展板鈦礦型二氧化鈦的工業(yè)應(yīng)用價值，具有顯著的 經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1為實施例2的分散性良好的花瓣狀板鈦礦型二氧化鈦顆粒掃描電鏡照片圖2為圖1的進一步放大圖，花瓣狀顆粒由較小的晶粒聚集組裝而成圖3為實施例3的由納米棒聚集組裝而成的梭形板鈦礦型二氧化鈦顆粒掃描電鏡 照片圖4為實施例6的板鈦礦型二氧化鈦納米管的透射電鏡照片圖5a、5b、5c分別為按實施例2、3、6制得產(chǎn)品的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1 在攪拌狀態(tài)下，向0. 4mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度 為l.Omol/L，然后用l.Omol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為11 ；將上述所 得混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)240°C水熱反應(yīng)6天后取出，洗滌，干燥，得到花瓣狀、純度 99. 0%以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。實施例2 在攪拌狀態(tài)下，向0. lmol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為
1.Omol/L，然后用1. 0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為9 ；將上述所得混 懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)300°C水熱反應(yīng)4天后取出，洗滌，干燥，得到花瓣狀、純度99. 0% 以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。如附圖l、2、5a所示。實施例3 在攪拌狀態(tài)下，向0. 05mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度 為1. Omol/L，然后用1. 0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為12 ；將上述 所得混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)180°C水熱反應(yīng)6天后取出，洗滌，干燥，得到梭狀、純度 99. 8%以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。如附圖3、5b所示。實施例4 在攪拌狀態(tài)下，向0. 2mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為 1. Omol/L，然后用1. 0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為11 ；將上述所得 混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)200°C水熱反應(yīng)4天后取出，洗滌，干燥，得到梭狀、純度99. 8% 以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。
實施例5 在攪拌狀態(tài)下，向0. 5mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為 1. Omol/L，然后用1. Omol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為10 ；將上述所得 混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)220°C水熱反應(yīng)5天后取出，洗滌，干燥，得到納米管狀、純度 98. 5%以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。實施例6 在攪拌狀態(tài)下，向0. lmol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為 1. Omol/L，然后用1. 0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整此混懸液體系的pH值為9 ；將上述所得 混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)180°C水熱反應(yīng)6天后取出，洗滌，干燥，得到納米管狀、純度 98. 5%以上的板鈦礦型二氧化鈦產(chǎn)品。如附圖4、5c所示。
權(quán)利要求
一種形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法，采用一步水熱方法制備，其特征在于所述制備方法包括下列步驟1)在攪拌狀態(tài)下，向0.05～0.5mol/L的硫酸鈦溶液中加入無水乙酸鈉，使乙酸鈉的濃度為1.0mol/L；2)用1.0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整步驟1)得到的混懸液體系的pH值至8～12范圍；得混懸液前驅(qū)體；3)將步驟2)所得混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)160～300℃水熱反應(yīng)4～6天后取出，洗滌，干燥，得到花瓣狀、梭狀和納米管狀不同形貌的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法，其特征在 于混懸液前驅(qū)體的pH在8 11范圍，水熱反應(yīng)溫度為200 300°C，所得產(chǎn)物為花瓣狀 高純度板鈦礦型二氧化鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法，其特征在 于混懸液前驅(qū)體的pH在11 12范圍，水熱反應(yīng)溫度為160 200°C，所得產(chǎn)物為納米棒 聚集、組裝成的梭狀高純度板鈦礦型二氧化鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法，其特征在 于混懸液前驅(qū)體的pH在8 10范圍，水熱反應(yīng)溫度為160 220°C，所得產(chǎn)物為納米管 狀高純度板鈦礦型二氧化鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料化學(xué)和光催化技術(shù)領(lǐng)域，特指形貌可控的高純度板鈦礦型二氧化鈦的制備方法。具體是在攪拌狀態(tài)下，向一定濃度的硫酸鈦溶液中滴加一定量的無水乙酸鈉，然后再滴加氫氧化鈉溶液使混懸液體系的pH至8～12范圍；然后將上述反應(yīng)所得混懸液前驅(qū)體在水熱釜中經(jīng)160℃～300℃水熱反應(yīng)4～6天，取出，洗滌，干燥，得到產(chǎn)品。通過控制反應(yīng)體系的pH值，水熱反應(yīng)的溫度，可制備出花瓣狀、梭狀及納米管狀板鈦礦型二氧化鈦。本發(fā)明采用一步水熱方法，操作步驟簡單、產(chǎn)品形貌可控且純度高、成本低、可大量合成，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號C01G23/053GK101880057SQ20101019178
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者修志亮, 劉金華, 盧啟芳, 姜麗娜, 張川江, 趙軍 申請人:山東輕工業(yè)學(xué)院