[发明专利]分级结构的金红石晶型氧化钛及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钛及制备方法和用途，尤其是一种分级结构的金红石晶型氧化钛及其制备方法和用途。

背景技术

氧化钛在环境治理中表现出了良好的生物和化学惰性、较强的氧化性能、低成本、以及对光腐蚀和化学腐蚀的稳定性，已成为具有优异吸附和光催化性能的功能材料。氧化钛纳米材料由于具备更大的比表面积且表面原子中含有丰富的不饱和键，以及其内在的化学活性及微小的尺寸而极易吸附重金属离子，从而能更有效地通过吸附和降解的方式移除水溶液中的污染物。随着氧化钛纳米材料尺度的不断减小，其比表面积虽将大幅度地增加，却极易造成团聚。为此，人们试图通过进一步地深入了解和研究不同形貌和尺寸下的氧化钛之性能变化，以化解这一难题，如《Mesocrystals of Rutile TiO₂:Mesoscale Transformation，Crystallization，and Growth by a Biologic Molecules-Assisted Hydrothermal Process》，Crystal Growth & Design，2009，Vol.9，No.1，203-209（《生物分子协助水热法中金红石相氧化钛介晶的介尺度变化、结晶化及生长》，晶体生长与设计期刊2009年第9卷1期第203～209页）一文中公开的一种具有微-纳结构的金红石相二氧化钛和其制备方法。该文中提及的二氧化钛为由密集枝杈互连组成的中空金红石相二氧化钛微米球，微米球的尺寸为1.5～2μm，球心为较小的空隙、球表面有不规则的洞穴状坑点；制备方法为先将碳酸钠与L-丝氨酸的水溶液滴加到四氯化钛水溶液中并不停地搅拌，再向其中加入N,N'-二环己基碳二亚胺并搅拌，得到混合液，之后，先将混合液加入高压釜中，在130℃下加热不同时间后冷却至室温，再将其沉淀物经去离子水及无水乙醇清洗后于60℃真空中干燥4小时，获得产物。但是，无论是获得的产物，还是其制备方法，都存在着欠缺之处，首先，产物虽为纳米枝杈组成的带有洞穴状坑点的球形，却由于纳米枝杈过于密集且互连拼接聚合而大大地降低了比表面积，加之洞穴状坑点的过少和过小，以及纳米枝杈的过于粗短而进一步地压缩了比表面积；其次，制备方法既不能制得具有较高比表面积的产物，又因原料钛的前驱体使用的是四氯化钛而在配制其水溶液时不仅反应剧烈，还会产生有毒气体氯化氢，造成对环境的污染，更有着为获得较好形貌的产物而需于130℃的反应釜中进行3天反应的缺陷，除耗能之外，还费时。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种结构合理，比表面积较高的分级结构的金红石晶型氧化钛。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述分级结构的金红石晶型氧化钛的制备方法。

本发明要解决的还有一个技术问题为提供一种上述分级结构的金红石晶型氧化钛的用途。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：分级结构的金红石晶型氧化钛由金红石相氧化钛微米空心球组成，特别是，

所述金红石相氧化钛微米空心球的侧面为开口状，所述侧面为开口状的金红石相氧化钛微米空心球的表面为竖立的单晶纳米棒；

所述侧面为开口状的金红石相氧化钛微米空心球的球直径为2～3μm；

所述表面竖立的单晶纳米棒的棒直径为5～8nm、棒长为≥200nm；

所述表面为竖立的单晶纳米棒、侧面为开口状的金红石相氧化钛微米空心球的比表面积由氮气吸附脱附等温线测量法测得为≥224.4m²/g。

作为分级结构的金红石晶型氧化钛的进一步改进，所述的表面竖立的单晶纳米棒的直立的侧表面为{110}晶面。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述分级结构的金红石晶型氧化钛的制备方法采用溶剂热法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将水合硫酸氧钛（TiOSO₄·2H₂O）、乙醇、甘油和去离子水按照摩尔比为1：16～26：10～15：15～20的比例相混合后搅拌至少1h，得到混合液，再将混合液置于密闭状态，于温度为140～160℃下反应至少30h，得到反应混合物；

步骤2，先去除反应混合物的上层液体后，对得到的沉淀物使用工业酒精清洗至少3次，再将其置于75～85℃下干燥至少1h，制得分级结构的金红石晶型氧化钛。