[发明专利]一种微波合成纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体为一种在高压和微波条件下制备纳米二氧化钛的方法。

背景技术

纳米二氧化钛是一种n型半导体材料，由于纳米材料表面积大，具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而表现出许多特有的物理和化学性质。纳米二氧化钛具有优良的化学稳定性、热稳定性、耐侯性及光催化等性能，所以在涂料、陶瓷、环保、化妆品、工业催化以及太阳能电池各个领域都有广泛的应用价值。

纳米二氧化钛的制备方法很多，常见的有均匀沉淀法、溶胶凝胶法、微乳合成法、醇盐水解法以及水热法等等，例如200810064979专利以钛酸四丁酯与无水乙醇混合液为钛源，滴加到无水乙醇，二次蒸馏水和浓HNO₃混合液中得到溶胶，然后加入一定量的氨水，置于反应釜中进行水热合成反应得到纳米二氧化钛。200810064978专利以同样的工艺，仅改用次亚甲基四胺为调制剂(代替氨水)进行水热合成反应得到纳米二氧化钛。200810040018专利以四氯化钛，偏钛酸或硫酸钛为钛源，加入碱进行水解沉淀，经过滤洗涤，加酸在60-100℃解胶，并加入一定量的稳定剂和掺杂剂，再加碱调节PH至7-8生成沉淀，经过滤洗涤，并溶入一定量的水中，最后得到稳定中性混晶纳米二氧化钛溶胶。200810018052专利以柠檬酸，硫酸钛和聚乙二醇为原料，以水和乙醇为溶剂，经80℃水溶反应凝胶化，140℃干燥发泡，经600℃煅烧得锐钛矿型纳米TiO₂(专利200810018050)或经900℃煅烧得金红石型纳米二氧化钛(专利200810018049)。200810026488专利以偏钛酸为钛源利用表面活性剂胶溶法制备纳米二氧化钛等等。

经过对现有国内专利与期刊文献的检索发现应用微波技术制备纳米二氧化钛的报导较少，例如200510027572“微波制备二氧化钛纳米管的方法”，该专利是利用纳米二氧化钛成品与一定量的高浓度(8-12mol/L)的NaOH经65W～455W功率的微波反应处理得到二氧化钛纳米管。“微波法改性纳米二氧化钛工艺及其机理探讨”《材料保护，2003，11》该文中提及的微波也是应用已有的纳米二氧化钛加正丁醇和油酸混合液配制浆料，置入微波炉700W辐射而获得改性纳米TiO₂。“微波加热均匀沉淀法纳米TiO₂的制备”《冶金分析，2007，12》该文以钛液为原料，尿素为沉淀剂，十二烷基磺酸钠为助剂，用家用微波炉(格兰仕WP800B型)加热制得纳米TiO₂。综上所述，在检索中尚未发现以无机钛盐为原料，不添加任何助剂直接应用高压微波制备纳米二氧化钛的报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波合成纳米二氧化钛的方法，无需添加任何助剂，得到性能优异的纳米二氧化钛，特别是具有良好的光致发光、光催化性能以及优异的光电转换效能。

本发明是通过以下技术方案实现的：(1)将无机钛化合物溶解在反应介质中，配制成钛元素浓度为0.01～0.50mol/L的前驱混合液，优选的钛元素浓度为0.01～0.10mol/L；将前驱混合液置于微波反应器中，在0.1～4.0Mpa高压微波条件下进行微波合成反应，微波频率为2～3GHz，反应时间5min～1h，温度100～250℃；

(2)冷却后将得到的固液混合物分离，取固体，洗涤洗涤至中性或无Cl^-或SO₄^2-为止，再经无水乙醇洗1～2次，干燥得到纳米二氧化钛粉体。干燥为60～80℃条件下真空干燥。

所述的反应介质是去离子水、或乙醇，或乙醇与去离子水按任意比组成的混合液。

步骤(2)中的固液混合物分离方法为超滤或离心。

无机钛化合物为四氯化钛时，前驱混合液中TiCl₄浓度为0.01～0.50M，优选0.01～0.10M，为了抑制TiCl₄的迅速水解，该前驱混合液的制备方法为：将四氯化钛滴加溶解于乙醇和去离子水按1∶0.1～1∶5体积比的混合液中(优选为1∶0.5～1∶2)，得到浓度为0.1M～0.5M的前驱混合液备用，待微波反应时再用反应介质稀释使用。

本发明由于采用高压微波合成纳米二氧化钛的方法，可以根据设定的压力和温度还可以添加各种表面活性剂、模板剂来制备不同形貌和不同粒径的纳米二氧化钛。