專(zhuān)利名稱(chēng)：由硫酸鈦制備硫酸鋇多孔微球和二氧化鈦納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工新材料領(lǐng)域，涉及一種硫酸鋇微球和單分散二氧化鈦納米粒子的制備方法，具體地說(shuō)，是涉及一種以硫酸鈦為原料制備硫酸鋇多孔微球和單分散二氧化鈦納米粒子的液相制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N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，是目前研究得最多的半導(dǎo)體光催化劑。近年來(lái)對(duì)納米二氧化鈦的制備研究也相當(dāng)深入和廣泛。例如，中國(guó)專(zhuān)利CN 101597083A公開(kāi)了一種單分散納米二氧化鈦的制備方法，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)銳鈦礦型納米二氧化鈦。中國(guó)專(zhuān)利CN101073769A公布了一種水蒸氣水解法制備納米二氧化鈦的方法，該方法利用四氯化鈦在乙 醇溶液中的水解反應(yīng)來(lái)制備二氧化鈦納米粒子，經(jīng)焙燒后得到晶二氧化鈦。需要注意的是，現(xiàn)有制備方法中大都使用有機(jī)金屬鈦前驅(qū)物或難操作的無(wú)機(jī)四氯化鈦，而且還要使用有機(jī)溶劑，制備成本高。硫酸鋇是一種重要的無(wú)機(jī)材料，廣泛應(yīng)用于各種涂料、油漆、油墨、醫(yī)藥合成化工、橡膠、塑料、造紙、陶瓷、紡織、化妝品等領(lǐng)域。但由于其比重高的特點(diǎn)，而使其應(yīng)用性能受到限制。目前，硫酸鋇粉體主要的發(fā)展趨勢(shì)是其顆粒的細(xì)微化和結(jié)構(gòu)形態(tài)的多樣化，以滿(mǎn)足不同行業(yè)的特殊需要。制備硫酸鋇細(xì)微顆粒的方法主要有微乳液法、絡(luò)合法、微反應(yīng)器法、超重力法等。例如，中國(guó)專(zhuān)利CN1398789A公布了一種納米硫酸鋇的制備方法，以氯化鋇和EDTA溶液為原料，將二者混合使Ba2+離子與EDTA絡(luò)合，在一定pH下加入Na2SO4溶液進(jìn)行反應(yīng)，得到納米硫酸鋇產(chǎn)品。中國(guó)專(zhuān)利CN102167386 A公開(kāi)了一種利用液相錯(cuò)流剪切的微孔分散法制備硫酸鋇納米顆粒的方法。中國(guó)專(zhuān)利CN101423239 A公布了一種利用高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器制備納米硫酸鋇的方法。但所制備的硫酸鋇納米粉體還存在因團(tuán)聚而使比表面積變小、工藝復(fù)雜、所得形貌難以控制等缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)硫酸鋇粉體越來(lái)越多的特殊性能(如輕質(zhì)、吸噪等)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所得硫酸鋇樣品的工藝過(guò)程復(fù)雜，反應(yīng)條件較苛刻，粉體微結(jié)構(gòu)單一等問(wèn)題，以及現(xiàn)有納米二氧化鈦制備技術(shù)中使用金屬有機(jī)鈦酸酯和有機(jī)溶劑等問(wèn)題，提出了一種工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件較溫和，利用無(wú)機(jī)硫酸鈦制備多孔硫酸鋇微球和二氧化鈦納米粒子的方法，充分利用了無(wú)機(jī)硫酸鈦中高價(jià)值的鈦資源。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種由硫酸鈦制備硫酸鋇多孔微球和二氧化鈦納米粒子的方法，所述方法包括下述步
驟
(I)將硫酸鈦、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于水中，再加入一定量的過(guò)氧化氫溶液，得到一定濃度的硫酸鈦溶液；
(2)將一定量的氯化鋇和聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，得到一定濃度的氯化鋇溶液；
(3)將上述兩種溶液按一定體積比混合均勻，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，然后自然冷卻到室溫；
(4)將上述反應(yīng)液離心分離，得到白色沉淀和上清液；
(5)將步驟(4)中獲得的沉淀物用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入60-801干燥箱中干燥，得到硫酸鋇目標(biāo)產(chǎn)品；
(6)將步驟(4)中獲得的上清液置于高壓反應(yīng)釜中，并加入適量尿素溶解，在一定溫度下反應(yīng)后，自然冷卻到室溫；
(7)將步驟(6)中的反應(yīng)液離心分離，將沉淀用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入60-80V干燥箱中干燥，得到二氧化鈦目標(biāo)產(chǎn)品。其中，在步驟(I)中，聚乙烯吡咯烷酮與硫酸鈦的質(zhì)量比為1:1-1:10，硫酸鈦與過(guò)氧化氫溶液的摩爾比為1:0-1:10 ;
其中，在步驟(2)中，聚乙烯吡咯烷酮和氯化鋇的質(zhì)量比為1:1-1:10;
其中，在步驟(3)中，硫酸鈦和氯化鋇的摩爾比為1:1，反應(yīng)溫度為150-200 °C,反應(yīng)時(shí)間為6-24 h ；
其中，在步驟(4)中，所述離心轉(zhuǎn)速為3000-4000 r/min,離心時(shí)間為5-lOmin ；
其中，在步驟(6)中，尿素的濃度為10-20 mmol/L，反應(yīng)溫度為150-200 °C，反應(yīng)時(shí)間為 10-24 h ；
其中，在步驟(7)中，所述離心轉(zhuǎn)速為6000-8000 r/min，離心時(shí)間為5-10min ；
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所用前驅(qū)物為廉價(jià)的無(wú)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，分散性好。制備的硫酸鋇微球呈多孔結(jié)構(gòu)，分散性好。


圖I為實(shí)施例一所制備的硫酸鋇樣品的透射電鏡照片(TEM)。圖2為實(shí)施例一所制備的二氧化鈦樣品的透射電鏡照片(TEM)。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例一
(1)將硫酸鈦溶解于水中，再加入0.I g聚乙烯吡咯烷酮溶解后，加入0. 14 ml的過(guò)氧化氫溶液，得到2. 5 mmol/L的硫酸鈦溶液；
(2)將氯化鋇溶解于水中，再加入0.I g聚乙烯吡咯烷酮溶解，得到2. 5 mmol/L的氯化鋇溶液；
(3)將上述兩種溶液等體積混合后，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在180°C下反應(yīng)24 h，然后自然冷卻到室溫，得到含有硫酸鋇的混合液；
(4)將上述反應(yīng)液在3000r/min下離心分離,得到白色沉淀和上清液；
(5)將步驟(4)中獲得的沉淀物用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入60°C干燥箱中干燥，得到硫酸鋇微球目標(biāo)產(chǎn)品；
(6)將步驟(4)中獲得的上清液置于高壓反應(yīng)釜中，并加入適量尿素溶解，達(dá)到濃度為20 mmol/L，在180 V反應(yīng)20 h后，自然冷卻到室溫。(7)將步驟(6)中的反應(yīng)液6000 r/min離心5min,分離出沉淀,將沉淀用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入80 1干燥箱中干燥，得到二氧化鈦目標(biāo)產(chǎn)品。圖I為利用本發(fā)明所述方法制備的硫酸鋇多孔微球的透射電子顯微鏡照片(TEM)。從圖可以看出，硫酸鋇微球粒徑分布均勻，明顯呈空心、多孔結(jié)構(gòu)，粒徑大小為600納米左右。
圖2為利用本發(fā)明所述方法制備的二氧化鈦樣品的透射電子顯微鏡照片(TEM)，從照片中可以看出，所制備的二氧化鈦顆粒分散性較好，粒徑大多為十幾個(gè)納米。
實(shí)施例二
(1)將硫酸鈦溶解于水中，再加入0.I g聚乙烯吡咯烷酮溶解后，加入0. 07 ml的過(guò)氧化氫溶液，得到2. 5 mmol/L的硫酸鈦溶液；
(2)將氯化鋇溶解于水中，再加入0.I g聚乙烯吡咯烷酮溶解，得到2. 5 mmol/L的氯化鋇溶液；
(3)將上述兩種溶液等體積混合后，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在180°C下反應(yīng)18 h，然后自然冷卻到室溫，得到含有硫酸鋇的混合液；
(4)將上述反應(yīng)液在3000r/min下離心分離,得到白色沉淀和上清液；
(5)將步驟(4)中獲得的沉淀物用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入60°C干燥箱中干燥，得到硫酸鋇微球目標(biāo)產(chǎn)品；
(6)將步驟(4)中獲得的上清液置于高壓反應(yīng)釜中，并加入適量尿素溶解濃度為10mmol/L，在150 V反應(yīng)20 h后，自然冷卻到室溫。(7)將步驟(6)中的反應(yīng)液8000 r/min離心lOmin，分離出沉淀，將沉淀用水和乙醇重復(fù)洗滌后，放入80 1干燥箱中干燥，得到二氧化鈦目標(biāo)產(chǎn)品。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，在未背離本發(fā)明的原理與工藝過(guò)程的情況下所作的其它任何改變、替代、簡(jiǎn)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.ー種由硫酸鈦制備硫酸鋇多孔微球和單分散ニ氧化鈦納米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)將硫酸鈦、聚こ烯吡咯烷酮(PVP)溶解于水中，再加入過(guò)氧化氫溶液，得到硫酸鈦溶液； (2)將氯化鋇和聚こ烯吡咯烷酮溶解于水中，得到氯化鋇溶液； (3)將上述硫酸鈦溶液和氯化鋇溶液按摩爾比為1:1的比例混合均勻，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在反應(yīng)溫度為150-200で下反應(yīng)6-24 h ； (4)將上述反應(yīng)液離心分離，得到白色沉淀和上清液； (5)將步驟(4)中獲得的白色沉淀用水和こ醇重復(fù)洗滌后，放入60-80で干燥箱中干燥，得到硫酸鋇多孔微球； (6)將步驟(4)中獲得的上清液置于高壓反應(yīng)爸中，并加入尿素溶解,在反應(yīng)溫度為.150-200 °C下反應(yīng)10-24 h后，自然冷卻到室溫； (7)將步驟(6)中的反應(yīng)液離心分離，將沉淀用水和こ醇重復(fù)洗滌后，放入60-80V干燥箱中干燥，得到單分散ニ氧化鈦納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，聚こ烯吡咯烷酮與硫酸鈦的質(zhì)量比為1:1-1:10，硫酸鈦與過(guò)氧化氫溶液的摩爾比為1:0-1:10。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，聚こ烯吡咯烷酮和氯化鋇的質(zhì)量比為1:1-1:10。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述離心轉(zhuǎn)速為3000-4000r/min，離心時(shí)間為5-lOmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，尿素的濃度為10-20mmol /I,。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(7)中，所述離心轉(zhuǎn)速為6000-8000r/min，離心時(shí)間為5-lOmin。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種以硫酸鈦為原料分別制備硫酸鋇多孔微球和二氧化鈦納米粒子的方法。將含有聚乙烯吡咯烷酮和過(guò)氧化氫的硫酸鈦溶液，與含有聚乙烯吡咯烷酮的氯化鋇溶液混合均勻后，一定溫度下在反應(yīng)釜中反應(yīng)后，自然冷卻到室溫，將所得產(chǎn)物離心分離得到沉淀和上清液。將沉淀洗滌并干燥，獲得硫酸鋇多孔微球。向上清液中加入適量尿素后，再置于高壓釜中一定溫度下反應(yīng)后，自然冷卻到室溫，產(chǎn)物經(jīng)離心分離、洗滌并干燥，得到單分散二氧化鈦納米粒子。本發(fā)明所述以硫酸鈦為原料分別制備硫酸鋇微球和單分散二氧化鈦納米粒子的原料便宜，方法簡(jiǎn)單。產(chǎn)物硫酸鋇微球?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)或空心結(jié)構(gòu)，且形貌容易控制，比表面積大。產(chǎn)物二氧化鈦納米粒子的粒徑均勻、分散性好。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102689917SQ201210194228
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者宋彩霞, 王德寶 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)