制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于精細(xì)化工領(lǐng)域，尤其涉及一種制備小粒徑銳鈦礦型納米TiO2的簡單方法，其采用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數(shù)為6～20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產(chǎn)物。其中乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13℃～25℃，攪拌時(shí)間為2min～7min，鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7～15:30，蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%～27%。本發(fā)明工藝簡單，操作安全，環(huán)境污染物少，產(chǎn)品晶粒尺寸極小，質(zhì)量穩(wěn)定，油品中的分散性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備小粒徑銳鈦礦型納米TiO2的簡單方法，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】 [0002]納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并且隨著人們對(duì)納米技術(shù)發(fā)展的深入，可以有效的控制納米材料的合成(如:粒徑，形貌等)，使得納米材料能夠按照人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且創(chuàng)造新的體系。
[0003]二氧化鈦無毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，是一種偏酸性的兩性氧化物。銳鈦礦型納米TiO2具有較好的光催化性能，禁帶寬度為3.0 eV，在380 nm紫外光照射下，價(jià)帶電子能夠被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，產(chǎn)生空穴。之后，空穴、電子與吸附在二氧化鈦表面的H2O產(chǎn)生作用，生成.0Η，O2OOH強(qiáng)氧化性基團(tuán)，這些強(qiáng)氧化性基團(tuán)能與有機(jī)物(醛等)、污染物(有色染料等)、細(xì)菌等分解為二氧化碳和水。
[0004]如今，制備納米二氧化鈦的方法很多，可分類為物理加工法和化學(xué)法。物理法是通過簡單的機(jī)械粉碎來實(shí)現(xiàn)對(duì)TiO2顆粒的細(xì)化，但是此法對(duì)粉碎設(shè)備要求很高，并且粉碎過程很容易混入雜質(zhì)，很難制備出超微粒子?；瘜W(xué)法主要分為液相法、氣相法。氣相法是指直接利用氣體或采用激光、電子束照射等將原料變?yōu)闅怏w或離子體，使得在氣體狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)或物理變化，之后再經(jīng)冷卻、凝結(jié)、長大等過程制備微細(xì)顆粒的方法，但是氣相法生產(chǎn)成本較高。液相法是指反應(yīng)是在溶液中，通過一定手段形成粒徑均一的顆粒，再經(jīng)熱處理得到納米二氧化鈦，并且液相法具有合成溫度低、設(shè)備簡單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)。液相法主要有沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水解法等，是目前工業(yè)上廣泛采用制備微細(xì)粉體的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種工藝簡單，操作安全，環(huán)境污染物少，產(chǎn)品晶粒尺寸極小，質(zhì)量穩(wěn)定，油品中的分散性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)的小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0007]制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數(shù)為6~20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產(chǎn)物。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13°C~25 0C ;攪拌時(shí)間為2 min~7 min ;鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7~15:30 ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明可使用碳數(shù)為8~12的脂肪酸。
[0010]更進(jìn)一步地，本發(fā)明于反應(yīng)釜中，加熱溫度為130°C~180 °C。
[0011]更進(jìn)一步地，本發(fā)明于反應(yīng)釜中，加熱時(shí)間為13 h~19 h0[0012]更進(jìn)一步地，本發(fā)明采用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑；脂肪酸的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133%，蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
[0013]本發(fā)明采用溶劑熱法，鈦酸四丁酯或四氯化鈦?zhàn)鳛門iO2的前驅(qū)物，無水乙醇作為溶劑，通過改變制備條件制備粒徑平均約為10 nm的二氧化鈦粉體材料，運(yùn)用溶劑熱法一步完成。
[0014]本發(fā)明工藝簡單，操作安全，環(huán)境污染物少，產(chǎn)品晶粒尺寸極小，質(zhì)量穩(wěn)定，油品中的分散性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下特點(diǎn):1、本發(fā)明所涉及的制備過程是簡略的，采用溶劑熱法。以鈦酸四丁酯或四氯化鈦?zhàn)鳛橹苽銽iO2的前驅(qū)物，乙醇作為有機(jī)溶劑，加入脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻即可，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱一段時(shí)間，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌數(shù)次，得到納米TiO2粉末。
[0016]2、采用本發(fā)明方法制備的銳鈦礦型納米二氧化鈦具有質(zhì)量上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，通過XRD測(cè)試結(jié)果可知銳鈦礦型納米二氧化鈦的含量為大于99.9 %。
[0017]3、通過掃描電鏡(SEM)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明方法制備的銳鈦礦型納米二氧化鈦其晶粒形貌均為球狀結(jié)構(gòu)，這意味著該二氧化鈦具有較大的比表面積。
[0018]4、通過激光粒度儀測(cè)試發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明方法制備的銳鈦礦型納米二氧化鈦其晶粒平均尺寸為10 nm。采用本辦法制備的TiO2納米材料，工藝簡單，操作安全，所得的二氧化鈦材料均一且粒徑平均尺寸為10 nm。
[0019]5、通過分散性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明方法制備的銳鈦礦型納米二氧化鈦可以較長時(shí)間(分散性實(shí)驗(yàn)用時(shí)I個(gè)月)的懸浮在液體石蠟油中。
[0020]本發(fā)明具體制備條件如下`。
[0021]1、醇的選擇:溶劑為乙醇，與鈦酸四丁酯或四氯化鈦混合體積比為30:7~15，混
合溫度為室溫(13 °C左右)。
[0022]2、有機(jī)酸的選擇:有機(jī)酸選擇脂肪酸為酸源，加入量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133%。
[0023]3、蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27% ;加入水的量不宜過多，水量過多會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生白色沉淀，這些沉淀粒徑大，不均一。
[0024]4、攪拌、混合溫度和時(shí)間:每次攪拌只為混合均勻，混合溫度為室溫(13 °C左右)，攬拌2min~3 min即可。
[0025]5、反應(yīng)的溫度和時(shí)間:混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱溫度為130 °C~180 °C，加熱時(shí)間為13 h~19 h。
[0026]本發(fā)明最佳實(shí)施方式是。
[0027]將鈦酸四丁酯或四氯化鈦與無水乙醇按體積比7~15:30混合，攪拌，得到混合均勻的溶液，加入所用鈦酸四丁酯或四氯化鈦體積的71%~133%的脂肪酸，以及所用鈦酸四丁酯或四氯化鈦體積的14%~27%的蒸餾水，蒸餾水不宜過多，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至130 °C~180°C °C, 13 h~19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到平均10 nm的二氧化鈦納米球?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0029]圖1為本發(fā)明納米TiO2粉體制備流程圖。
[0030]圖2-1為本發(fā)明鈦酸四丁酯制備納米TiO2粉體的XRD圖像。
[0031]圖2-2為本發(fā)明四氯化鈦制備納米TiO2粉體的XRD圖像。
[0032]圖3-1為本發(fā)明鈦酸四丁酯制備納米TiO2粉體的SEM圖像。
[0033]圖3-2為本發(fā)明四氯化鈦制備納米TiO2粉體的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1。
[0035]將7mL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為18°C,攪拌時(shí)間為5min,得到混合均勻的溶液，加入5 mL的正辛酸和I mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到8nm左右的二氧化鈦納米球。
[0036]實(shí)施例2。
[0037]將7mL四氯化鈦與30mL無水乙醇混合,混合溫度為20 °C ,攪拌時(shí)間為6min,得到混合均勻的溶液，加入5 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180°C，19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到12nm左右的二氧化鈦納米球。
[0038]實(shí)施例3。
[0039]將15mL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為17 V,攪拌時(shí)間為4min,得到混合均勻的溶液，加入12 mL的正辛酸和4 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到15 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0040]實(shí)施例4。
[0041]將IOmL四氯化鈦與30mL無水乙醇混合,混合溫度為23 V,攪拌時(shí)間為6min,得到混合均勻的溶液，加入8 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到14 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0042]實(shí)施例5。
[0043]將IOmL鈦酸四丁酯與30mL無水乙醇混合,混合溫度為24 V,攪拌時(shí)間為7min,得到混合均勻的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180°C，19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到
10nm左右的二氧化鈦納米球。
[0044]實(shí)施例6。
[0045]將8 mL鈦酸四丁酯與30 mL無水乙醇混合,混合溫度為21 °C ,攪拌時(shí)間為5min,得到混合均勻的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸餾水，室溫下攪拌混合均勻即可，將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中加熱至180 °C, 19 h。最終的產(chǎn)物進(jìn)行過濾，洗滌數(shù)次，干燥，得到8 nm左右的二氧化鈦納米球。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑，加入碳數(shù)為6~20的脂肪酸和蒸餾水，攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱，得到白色粉體的混合溶液，過濾，洗滌，即得目的產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于:乙醇與鈦酸四丁酯或四氯化鈦的混合溫度為13°C~25 °C;攪拌時(shí)間為2 min~7 min ;鈦酸四丁酯或四氯化鈦與乙醇的體積比為7~15:30 ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
3.如權(quán)利要求2所述的制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于:使用碳數(shù)為8~12的脂肪酸。
4.如權(quán)利要求3所述的制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于:于反應(yīng)釜中，加熱溫度為130°C~180 °C。
5.如權(quán)利要求4所述的制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于:于反應(yīng)釜中，加熱時(shí)間為13 h~19 h。
6.如權(quán)利要求3~5之任一所述的制備小粒徑銳鈦礦型納米二氧化鈦的方法，其特征在于:用乙醇作為鈦酸四丁酯或四氯化鈦的溶劑；脂肪酸的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的71%~133% ;蒸餾水的用量為鈦酸四丁酯或四氯化鈦所加入體積的14%~27%。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK103553125SQ201310499079
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】錢建華, 劉琳, 馬全亮, 許家勝, 邢錦娟, 張艷萍 申請(qǐng)人:渤海大學(xué)