[发明专利]锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂抗菌剂是一种以光催化方式释放自由基，导致微生物的细胞壁破坏，达到抗菌效果的无机光催化型抗菌剂。它不仅具有活性高、抗菌速率快、热稳定性好、长期有效、价格低廉以及对人体无害等优点，而且具有自净化和除臭等功能，因而成为最受关注的一种无机抗菌剂。但纳米TiO₂颗粒较小、不易分散。因此，人们常用它与分散性好、价格低廉又具有良好吸附性能的蒙脱石复合后使用。

由于具有优异的性能，二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料被广泛研究。专利号为CN01125659.1的中国专利公开了一种纳米二氧化钛柱撑膨润土的制备方法，其采用的是溶胶-凝胶法，将粒径1nm以下的二氧化钛柱撑物嵌于蒙脱石层间；专利申请号为200610011158.4的中国专利申请公开了一种负载纳米锐钛矿型二氧化钛的有机粘土及其制备方法和用途，其制备过程是先用长链烷基铵盐对粘土进行有机改性，再利用溶胶-凝胶法，将钛前驱体水解生成的锐钛矿型纳米二氧化钛粒子负载到有机粘土片层上；上述两个专利采用溶胶-凝胶法制备时，钛前驱体水解生成的钛羟基阳离子体积较大，很难进行交换反应，从而在蒙脱石层间形成的锐钛矿型纳米二氧化钛粒子量很少，绝大多数分散在蒙脱石晶片的表面上。

锐钛矿型二氧化钛作为抗菌材料及光催化材料，在现有技术中仅仅可应用于塑料等一些在500℃以下的低温条件下加工制成的高聚物中；在对抗菌性能要求高且需求量大的陶瓷餐具、卫生洁具以及高温涂料等产品的制备中一直无法应用；其原因，主要是由于锐钛矿型二氧化钛在600～800℃的温度范围内会转化成金红石型二氧化钛，从而使抗菌和光催化性能大大降低。而陶瓷产品的制备过程中，高温煅烧是必经的工序，其煅烧温度通常要在1000℃以上，因而使锐钛矿型二氧化钛的应用受到限制，尤其是在抗菌陶瓷制品上的应用。

到目前为止，还没有对在蒙脱石层间形成的锐钛矿型二氧化钛相转变温度进行研究的报道。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可提高锐钛矿型二氧化钛相转变温度，以保证其抗菌及光催化性能，且在高温状态下热稳定性好的锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)制备有机蒙脱石粉体；

2)于醇溶剂中，将所述有机蒙脱石粉体与钛酸酯混合，形成混合液；

3)向所述混合液中加入水，进行陈化、过滤、干燥、磨细；

4)取经磨细的产物，煅烧得到所述锐钛矿型二氧化钛/蒙脱石纳米复合材料；

其中，步骤1)有机蒙脱石粉体制备的具体操作如下：将蒙脱石粉体分散到水中形成5～10wt％的悬浮液，加入摩尔数为1～3倍于蒙脱石阳离子交换容量的长链烷基铵盐，经微波加热反应后，洗涤、过滤、干燥、磨细得到所述有机蒙脱石粉体。

上述步骤2)包括

a)将所述有机蒙脱石粉体与醇溶剂混合，形成含有质量为7～15％有机蒙脱石悬浮液；

b)将钛酸酯溶于醇溶剂中，形成浓度为0.5～1mol/L钛酸酯溶液；

c)将步骤a)的悬浮液与步骤b)的溶液混合，得到所述混合液。

上述混合液中钛酸酯与蒙脱石的比例为5～30mmol钛酸酯/g蒙脱石。

在向上述混合液中加入水进行陈化之前，将所述混合液搅拌均匀，反应3～10小时。

在步骤3)中加入摩尔数为钛酸酯的50～100倍的水；搅拌均匀后静置陈化24小时后，经过滤、干燥后磨细成200目粉体。

步骤4)中所述的煅烧温度为700-1200℃，煅烧时间为2小时。

上述步骤2)中所用醇溶剂选用为乙醇、异丙醇、正丁醇、甲醇中的任一种。

上述步骤1)中所用的长链烷基铵盐为含有1个或2个碳原子数为12～18的长链烷基的铵盐；选用十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基溴化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基溴化铵中的至少1种，最佳选用1～2种。