[发明专利]一种纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化钛(TiO₂)包覆铁黄(α-FeOOH)复合材料及其制备方法。

(二)背景技术

氧化铁黄(α-FeOOH)因具有良好的磁性而能广泛用于新型磁记录材料、废水处理、环境污染物处理等方面。纳米二氧化钛因具有无毒、稳定、不产生二次污染等优势而倍受人们的关注，特别对环境污染的处理方面。一方面，由于纳米TiO₂易分散到水等溶剂中，难于与水等溶剂分离，致使很难实现回收而循环利用，因此增加了TiO₂的应用成本；另一方面，由于纳米TiO₂表面大，活性高而易团聚，致使其纳米效应难于体现，降低了纳米TiO₂的实际应用效果，也使TiO₂光催化效率较低。为解决上述两个问题，人们开展了大量的研究工作。研究表明，金属离子掺杂、表面增敏和与其它材料复合等方法能提高TiO₂的光催化活性。此外，纳米复合也是一种行之有效的方法。这种方法不仅能有效提高纳米材料的比表面积，也可改善纳米材料的四大效应，还可将纳米材料的特性与复合材料的结构有机结合起来，充分发挥各自的长处，出从而体现材料的最佳宏观性能。

国内外在纳米复合材料制备方面的文献报道虽然较多，但采用将纳米二氧化钛(TiO₂)包覆到铁黄(α-FeOOH)表面的文献报道比较未见。

(三)发明内容

本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种纳米二氧化钛(TiO₂)包覆铁黄(α-FeOOH)复合材料，铁黄经纳米二氧化钛包覆后，一方面可增强二氧化钛的光催化活性，使其可应用于光催化材料中；另一方面可增强铁黄的性能，拓展铁黄颜料的应用范围，其研究具有很好的创新性和实用价值。

本发明所述的纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料，即TiO₂/α-FeOOH复合材料，所述复合材料为长棒状，纵向长度介于0.5μm～1.5μm，横向粒径在140～160nm；所述复合材料是以铁黄为载体，纳米二氧化钛包覆在载体表面，所述纳米二氧化钛属于锐钛矿相；所述复合材料中Fe与Ti的物质的量比为0.5～1.5∶1。

进一步，本发明所述的复合材料以铁黄为载体，纳米二氧化钛均匀包覆在载体表面形成厚度在2～5nm的纳米二氧化钛层，并且在复合材料的外壁还零星分布有粒径范围在5～20nm的纳米二氧化钛颗粒。即所述复合材料中，所述纳米二氧化钛以两种方式包覆于铁黄表面，一种是层状，层的厚度在2～5nm；一种是颗粒状，粒径范围在5～20nm。

进一步，所述复合材料中Fe与Ti的物质的量比为1∶1。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种成本低，效果好、工艺过程相对比较容易控制的纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种所述的纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：将四氯化钛配制成水溶胶，水溶胶放置老化后再加水稀释，得到无色透明溶胶；取铁黄加入到无色透明溶胶中，在恒温水浴20～40℃的条件下均匀搅拌1～3h，得到沉淀物，所得沉淀物经水洗、干燥、研磨即得所述纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料；加入的铁黄中Fe与加入的四氯化钛中Ti物质的量比为0.5～1.5∶1。

进一步，加入的铁黄中Fe与加入的四氯化钛中Ti物质的量比为1∶1。

进一步，加入铁黄后，设置恒温水浴为30℃，搅拌时间2h。

进一步，本发明在加入铁黄充分搅拌后，得到黄色的悬浮液，可先加入水进行洗涤。

进一步，本发明推荐所述的水溶胶按照如下方法配制：在-10～0℃下将四氯化钛滴加到纯水中，充分搅拌配制成浅黄绿色溶胶，所述的四氯化钛与纯水的体积比是0.1～0.9∶1，优选为0.5∶1。所述的纯水既可以是蒸馏水也可以是去离子水。

进一步，本发明推荐所述的水溶胶放置老化6～24小时，优选10～14小时。优选老化在室温下进行，本发明所述的室温一般指20-35℃。

进一步，本发明在将水溶胶放置老化后，推荐按照如下方法制得无色透明溶胶：在-10～0℃下按老化后溶胶与纯水0.3～0.7∶1的体积比将纯水滴加到老化后溶胶中，充分搅拌配制成无色透明溶胶。更进一步，优选按照老化后溶胶与纯水0.5∶1的体积比进行投料。

本发明具体推荐所述纳米二氧化钛包覆铁黄复合材料按照如下步骤进行制备：