[发明专利]一种制备纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以工业级乙酰丙酮钛为钛源制备纳米二氧化钛的方法，尤其是一种制备工艺简单，成本低廉，产品具有良好光催化活性的的纳米二氧化钛的制备方法。

背景技术

作为一种绿色，稳定，高效的半导体光催化剂，二氧化钛被广泛应用于无机废水的处理和有机物的降解。二氧化钛的三种晶型中，锐钛矿型因其良好的光电性能成为人们制备光催化剂的主要选择，而简单的制备工艺，清洁无毒无二次污染的制造原料，适用于大规模生产的设备要求，已经成为二氧化钛光催化制剂生产者们所追求的主要目标。目前用于制备纳米二氧化钛的钛源主要是钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛等，合成方法主要是溶胶-凝胶和水热法等。在US5330953专利中，以硫酸氧钛为钛源，水热合成了锐钛矿型纳米二氧化钛。Sugimoto等人(Colloid Interface Sci.2003，259(1)：53-61.)利用溶胶-凝胶的方法，经改变所加入的胺的种类和调节pH值制备出不同形貌尺寸的纳米二氧化钛。Jun等人(J.Am.Chem.Soc.，2003，125：15981-15985.)利用非水解溶胶-凝胶过程，通过表面活性选择剂制备出分散性良好的球状和棒状纳米二氧化钛。Ding等人(J.Am.Chem.Soc.，2007，129：6362-6363.)以异丙氧基钛为前驱体在离子液体中微波法合成出高质量的锐钛矿型纳米二氧化钛。

乙酰丙酮钛是一种钛和乙酰丙酮的螯合物，主要用于涂料、油墨、清漆等产品的改性剂；固化促进剂、表面处理剂、增粘剂等。迄今为止，尚未发现有人使用乙酰丙酮钛作为钛源来制备纳米二氧化钛。乙酰丙酮钛化学性质相对稳定，价格低廉，毒性低，且以其作为钛源制备纳米二氧化钛方法简单，所得产品光催化活性好，有望大规模工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种使用新的工业级钛源来合成具有良好光催化活性的纳米二氧化钛的方法。

本发明通过以下步骤实现：

(1)将乙酰丙酮钛溶于无水乙醇中，加入浓盐酸，乙酰丙酮钛与无水乙醇的体积比为1∶8～1∶12，乙酰丙酮钛与浓盐酸的体积比为3∶1～5∶1，磁力搅拌使反应液混合均匀，将黄色透明的反应液倒入水热釜中，水热反应后得到无定形的二氧化钛粉体，用无水乙醇洗净产物，离心，烘干。

(2)将所得的无定形纳米二氧化钛置于马弗炉中焙烧。

(3)本发明中水热反应的温度至少为120℃，反应时间为10h以上。

(4)本发明中焙烧温度为300～600℃，焙烧时间为3h以上。

(5)本发明所制备的纳米二氧化钛粉体为锐钛矿型，晶化完全，微粒粒径小于50nm，形貌规则，分散性良好。

(6)利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、全自动物理化学吸附分析仪(BET)等温吸附模式测比表面积对产物进行形貌结构分析，以罗丹明B溶液为目标染料进行光催化降解实验，通过紫外-可见分光光度计测量吸光度，以评估其光催化活性。

附图说明

图1为所制备纳米二氧化钛的XRD衍射谱图，图中衍射峰均为锐钛矿型二氧化钛特征衍射峰。

图2为所制备纳米二氧化钛的扫描电镜照片。

图3为所制备纳米二氧化钛的透射电镜照片。

图4为不同焙烧温度下纳米二氧化钛光催化降解罗丹明B溶液的时间-降解率关系图。

1、500℃  2、600℃  3、400℃  4、300℃

实施例1纳米二氧化钛的制备

20mL无水乙醇中加入2mL乙酰丙酮钛和0.6mL浓盐酸，磁力搅拌，待反应物混合均匀后将反应液转入25mL水热釜中，120℃，10h。

将所得产物用无水乙醇洗净，离心，恒温干燥箱中60℃烘干。

将烘干的无定形纳米二氧化钛放入马弗炉中焙烧，温度分别为300，400，500，600℃。

实施例2不同焙烧温度下所得到的纳米二氧化钛的表征分析

如图1所示，不同焙烧温度下所得到的纳米二氧化钛均呈现出锐钛矿型二氧化钛的特征衍射峰，没有杂质，且晶化完全。

下表为不同焙烧温度下所制备的纳米二氧化钛的比表面积和通过XRD图谱计算所得的产物颗粒平均尺寸数据。

实施例3不同焙烧温度下所得到的纳米二氧化钛的光催化活性实验

(1)配制浓度为10μg/L的罗丹明B溶液，将配好的溶液置于暗处。