[发明专利]反相微乳液炭吸附四氯化钛水解体系纳米二氧化钛合成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及反相微乳液炭吸附四氯化钛水解体系纳米二氧化钛合成的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

光催化是一种新兴的环境净化技术。纳米二氧化钛光催化可以有效地氧化或还原吸附在其表面上的有害分子，杀灭细菌，抑制病毒，并能将有害有机物、细菌等转化为水和二氧化碳等无害物质，且没有任何二次污染。现有制备的光催化剂大多是二氧化钛纳米粉体，为了提高二氧化钛的光催化活性，必须使其具有较高的结晶度、较小的颗粒尺寸和较高的比表面积，以便有更多的反应活性中心参加反应，增加活性。目前常用反相微乳液法制备二氧化钛纳米微粒，该方法主要以W/O型微乳液的水核作为沉淀反应的微反应器，将含有待沉淀离子的微乳液与含有沉淀剂的另一种微乳液进行混合。混合过程难免产生一定的浓度梯度，致使微乳液中不同区域沉淀反应的进程不同步，合成的纳米粒子粒径分布变宽。制得的二氧化钛超细颗粒，在干燥、焙烧阶段均容易产生团聚、烧结，合成的纳米粒子的粒径增大。如何以简单的制备方法得到颗粒均匀、晶型良好、比表面积大的超细二氧化钛粉体并避免在干燥、热处理阶段的团聚，是人们长期以来寻求的目标。

发明内容

本发明提供一种能够阻止二氧化钛在制备过程中的团聚和烧结的反相微乳液炭吸附四氯化钛水解体系纳米二氧化钛合成的方法。

技术解决方案：

本发明包括如下制备方法：

(1)按体积比为0.5～1.5∶20量取四氯化钛和无水乙醇在冰水浴中搅拌均匀，得混合体系A；

(2)将0.50～0.7g的十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶于200mL环己烷中制得溶液B，量取5mL混合体系A，加入溶液B中，搅拌，至体系为无色澄清稳定微乳液C，再按炭黑和微乳液C中所含四氯化钛质量比为0.50～0.85∶1的比例称量炭黑，将炭黑加入溶液C，继续在冰水浴中搅拌均匀、超声波震荡1～2h得混合体系D；

(3)将0.50～0.7g十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶于200mL环己烷中，滴加用醋酸配置的pH值为1～2的醋酸水溶液2.5ml，同时滴加6～8ml正丁醇，搅拌，至体系为无色澄清稳定微乳液E；

(4)将混合体系D与微乳液E混合，搅拌20～40min，然后倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，温度：120℃～160℃，搅拌8～14h后冷却至室温，所得炭吸附沉淀物用去离子水洗涤，在80～100℃的条件下干燥3～5h，研磨后以10～20℃/min的升温速度升温至500～800℃焙烧2～4h，得高热稳定性纳米二氧化钛。

所述醋酸为冰醋酸。

用冰醋酸调至水溶液的pH值为2。

本发明由于在待沉淀离子的微乳液中加入适当的碳黑，然后添加含有沉淀剂的另一种微乳液进行混合，形成的Ti(OH)₄细粉被碳黑吸附，一方面阻止了超细颗粒在沉淀、干燥阶段产生团聚。另一方面，干燥后的混合物当温度升高到300℃时，Ti(OH)₄粉体分解已形成TiO₂纳米粉体，此时碳未被氧化，防止了TiO₂纳米粉体在焙烧阶段的烧结。TiO₂纳米粉体实际上是微乳液和碳吸附耦合的“湿”过程与“干”过程相结合的产物，有望合成出具有较小粒径和较集中粒径分布的粒子，为解决利用微乳液方法制备纳米级二氧化钛的团聚和烧结问题。

本发明效果：本发明在微乳液中加入适量的碳黑，作为强的吸附剂，在微反应器中一旦形成纳米颗粒，被碳黑吸附，阻止了超细颗粒在沉淀、干燥、焙烧阶段产生团聚。在800℃高温条件下热处理未见金红石相产生，说明采用反相微乳液炭吸附法能显著提高锐钛矿型二氧化钛的转变温度，从而提高其热稳定性；500℃焙烧2h炭吸附纳米二氧化钛比表面积为78.6m²/g，粒径约18纳米，与degussa气相法合成的比表面积约为50m²/g纳米二氧化钛(TiO₂P25)相比，比表面积增加约28m²/g。采用炭吸附法生产成本低，便于进行大规模纳米二氧化钛的生产。

本发明反应条件温和、产率高；得到的产品结晶度高，比表面积大，粒径小，光催化性能好。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所得炭吸附二氧化钛试样经800℃焙烧温度烧结后的XRD谱图；

图2为本发明具体实施方式所得炭吸附二氧化钛试样经焙烧温度为500℃烧结后的SEM图。

具体实施方式

实施例