[发明专利]一种由四氯化钛制备二氧化钛溶胶的方法

说明书

本发明涉及纳米材料的制备，特别是纳米二氧化钛的制备。

纳米TiO₂是一种广泛用于催化，吸附，传感器，化妆品，感光材料，陶瓷添加剂，电子工程等领域的高功能精细无机材料，尤其TiO₂的薄膜涂层材料在这些领域具有更重要的应用价值。目前，合成纳米TiO₂的方法主要是传统的溶胶-凝胶法(sol～gel)和气相法(CVD)。利用金属醇盐的水解和缩聚作用的溶胶-凝胶法是一种制备纳米材料的有效方法，已经合成了粒度分布均一的TiO₂溶胶和纳米TiO₂粉体，但金属醇盐价格昂贵，毒性大，易水解，易燃，不利于大规模生产。而CVD法则在技术和材质方面要求高，工艺复杂，投资大。因此，开发一种成本低廉，操作简单，易于大规模生产的TiO₂溶胶的制备方法是十分必要的，它更有利于进一步开发纳米TiO₂材料及相关的TiO₂材料元件。

本发明的目的在于提供一种二氧化钛溶胶的制备方法，该方法原料价格低廉，所制备的溶胶稳定，粒度小而均一，在溶胶及其成型材料的性质方面与传统的由金属醇盐制备的溶胶及相应材料的性质相似，并且操作简单，易于大规模生产。

本发明提供了一种由四氯化钛制备二氧化钛溶胶，其特征在于：以TiCl₄为原料，与碱溶液作用生成沉淀，pH=6～7，此沉淀经洗涤后，加入水和酸溶液，加酸量为[H⁺]/[Ti]摩尔比为0.2～1.0，在0～90℃下搅拌，解胶12～60小时后，得到稳定的TiO₂溶胶。

在本发明的制备方法中采用的碱溶液选自氨水，尿素，NaOH,KOH等，其中以氨水为最佳，氨水浓度在7～10％为宜。因为氨水为一种弱碱，在与TiCl₄作用生成沉淀时，能够降低生成沉淀的速度，使生成的沉淀粒度小而均匀，更利于下一步的解胶，另外氨水在一定温度下能够分解完全，不会残留其它离子而影响由此溶胶成型后的TiO₂材料的性质。所采用的酸为无机酸，如HCl,HNO₃,H₂SO₄等，其中以HCl,HNO₃为最佳。酸度即[H⁺]/[Ti]摩尔比是制备中最为重要的因素，通过调配[H⁺]/[Ti]摩尔比可以控制溶胶的粒度分布，[H⁺]/[Ti]摩尔比的范围一般为0.2～1.0，其中[H⁺]/[Ti]=0.4～0.6时制备的溶胶平均粒径最小，分布最窄，最稳定，能保持几个月。制备温度范围为0～90℃，其中以60～80℃最为适宜。

下面通过实施例对本发明提供的制备方法给予进一步的说明。

附图1 TiO₂溶胶的粒度分布(H⁺/Al=0.5)

附图2经不同温度处理后样品的XRD谱图(●锐钛矿型TiO₂，金红石型TiO₂,NH₄Cl)

附图3经450℃焙烧后样品的孔径分布图

附图4不同pH值下[PtCl₄]^2-离子在TiO₂上的吸附曲线

实例1．TiO₂溶胶的制备。

称取11.4克TiCl₄置于分液漏斗中，逐滴加入到25ml37％的HCl溶液中后，再逐滴加入70ml二次去离子水，搅拌半小时后，再滴加7％～10％的氨水至pH=6～7时生成白色沉淀，老化一小时，过滤，用40～50℃二次去离子水洗涤(每次洗涤搅拌约半小时)至无Cl^-离子。然后将此沉淀物加入到200ml的二次去离子水中，加入一定量的1.6M的HNO₃溶液，70℃下搅拌解胶48小时，即获得粒度分布均一的TiO₂溶胶。50℃下干燥24小时，一定温度下焙烧3小时后得到TiO₂粉体。

实例2．酸度对TiO₂溶胶粒度的影响。