[发明专利]一种混晶型纳米二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混晶型纳米二氧化钛的制备方法，属于纳米材料和无机化工领域。

背景技术

二氧化钛有锐钛矿、金红石和板钛矿等三种晶型，前两者为四方晶系，后者为斜方晶系，其中锐钛矿和金红石是最有用和研究最多的两种晶型。金红石相纳米二氧化钛具有性质稳定、折射率高和相对较低的光催化活性等优点，从而成为一种理想的无机紫外线屏蔽剂，广泛应用于防晒化妆品、化纤、塑料、橡胶和涂料等领域。锐钛矿相纳米二氧化由于具有强光催化和光电转换效率，而应用于污染物的降解、抗菌杀菌、蓝藻的治理、自洁玻璃和太阳能电池等领域。有研究表明，由锐钛矿和金红石组成的混晶型纳米二氧化钛具有更强的光催化和光电转换效率。目前，制备混晶型纳米二氧化钛的方法一般是首先制备锐钛矿型的纳米二氧化钛，再经高温煅烧，使部分锐钛矿型的纳米二氧化钛相变生成金红石型的纳米二氧化钛。高温煅烧过程中会造成纳米二氧化钛粒子的急剧生长、团聚、甚至烧结，结果使纳米二氧化钛的光催化和光电转换效率大幅降低，因此，必须开发在温和条件下合成混晶型纳米二氧化钛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方便、低成本、条件温和的制备由锐钛矿和金红石组成的混晶型纳米二氧化钛的方法。

本发明采用价格便宜的偏钛酸和四氯化钛，偏钛酸在使用之前要反复洗涤以除去硫酸根，洗涤可以采用离心洗涤或膜过滤的方法。

本发明的混晶型纳米二氧化钛的制备方法具体包括以下特征步骤：

(1)偏钛酸浆液的配制：向经过反复洗涤除去硫酸根的偏钛酸中加入去离子水，配制成质量百分含量为10～20％的偏钛酸浆液；

(2)前驱体的制备：一边搅拌，一边向偏钛酸浆液中加入质量百分含量为10～50％的四氯化钛水溶液得到前驱体悬浮液；

(3)混晶型纳米二氧化钛的合成：将步骤(2)的前驱体悬浮液升温至80～100℃，继续保温反应60～600min，即得到混晶型纳米二氧化钛悬浮液；

(4)后处理：用碱将步骤(3)的混晶型纳米二氧化钛悬浮液调节至pH＝6～8，过滤并反复洗涤除去滤饼中的杂质离子，将所得的滤饼干燥，粉碎，制备成混晶型纳米二氧化钛粉体。

步骤(2)所述的四氯化钛与偏钛酸的质量比为1～10∶1。

本发明的有益效果是：

1、在温和的条件下(80～100℃)合成出混晶型纳米二氧化钛，避免了传统方法采用的高温煅烧步骤，节约了能源。

2、本发明采用的原料为偏钛酸和四氯化钛，与钛醇盐相比，价廉易得，且工艺流程短、操作方便和易于大规模工业化生产。

3、制备过程没有使用任何有机溶剂和无机添加剂，具有成本低，污染小和产品纯度高的特点。

具体实施方式

实施例1

称取经过反复洗涤除去硫酸根的偏钛酸100克(固含量为32％)，加入去离子水60g克，配成质量百分含量为20％的偏钛酸浆液，并将浆液转移到装有冷凝器的2000mL三颈烧瓶中。一边搅拌，一边向偏钛酸浆液中加入质量百分含量为10％的四氯化钛水溶液320g。开启冷却水阀，向冷凝器通入冷却水。将三颈烧瓶中的反应液升温至80℃，达到反应温度后，继续搅拌并加热保温反应600min，同时冷凝器把三颈烧瓶中蒸出的水分重新冷凝回收到反应体系中。反应结束后，用2.0mol/L的氢氧化钠水溶液把体系pH值调节到pH＝6，过滤，反复洗涤至滤液中无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥，粉碎，得到混晶型纳米二氧化钛粉体，其中为锐钛矿含量为53％，金红石含量为47％。

实施例2

称取经过反复洗涤除去硫酸根的偏钛酸100克(固含量为32％)，加入去离子水220g克，配成质量百分含量为10％的偏钛酸浆液，并将浆液转移到装有冷凝器的5000mL三颈烧瓶中。一边搅拌，一边向偏钛酸浆液中加入质量百分含量为50％的四氯化钛水溶液640g。开启冷却水阀，向冷凝器通入冷却水。将三颈烧瓶中的反应液升温至100℃，达到反应温度后，继续搅拌并加热保温反应60min，同时冷凝器把三颈烧瓶中蒸出的水分重新冷凝回收到反应体系中。反应结束后，用2mol/L的氢氧化钾水溶液把体系pH值调节到pH＝8，过滤，反复洗涤至滤液中无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥，粉碎，得到混晶型纳米二氧化钛粉体，其中为锐钛矿含量为21％，金红石含量为79％。

实施例3

称取经过反复洗涤除去硫酸根的偏钛酸100克(固含量为32％)，加入去离子水100g克， 配成质量百分含量为16％的偏钛酸浆液，并将浆液转移到装有冷凝器的3000mL三颈烧瓶中。一边搅拌，一边向偏钛酸浆液中加入质量百分含量为25％的四氯化钛水溶液640g。开启冷却水阀，向冷凝器通入冷却水。将三颈烧瓶中的反应液升温至90℃，达到反应温度后，继续搅拌并加热保温反应300min，同时冷凝器把三颈烧瓶中蒸出的水分重新冷凝回收到反应体系中。反应结束后，用2mol/L的氨水溶液把体系pH值调节到pH＝6.5，过滤，反复洗涤至滤液中无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥，粉碎，得到混晶型纳米二氧化钛粉体，其中为锐钛矿含量为39％，金红石含量为61％。