[发明专利]胶凝法生产纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛的生产方法。

背景技术

纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米数量级（1nm-100nm）的粒子体，它的尺寸处在原子簇与宏观粒子过渡区间，其结构既不同于普通的宏观固态物质，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，使其在众多领域具有及其重要的应用价值。纳米二氧化钛是纳米微粒中的一种，除了具有纳米粒子的共性外还具有其特殊性。

一、光学性能及其在涂料方面的应用

当纳米微粒的粒径小于超导相干波长、波尔半径或与电子的德布罗意波长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。与此同时，大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效应对纳米粒子的光学特性有很大影响，使纳米粒子具有与同材质的宏观大颗粒不同的特性。具有了新的光学特性，纳米微粒普遍存在“蓝移”现象。纳米二氧化钛对紫外光具有强吸收作用。紫外线的波长介于200～400nm之间，由于其能量高，足以破坏有机化合物分子中的化学键，是导致暴露于日光下涂料老化的直接原因。纳米二氧化钛能吸收屏蔽日光中的紫外线，将其用于涂料中，可以有效地保护涂料中的有机分子免受紫外线的侵害，长久地保持涂料的性能不变。在有机染料的色浆中加入纳米级二氧化钛作为光的稳定剂，可使色浆的绚丽色彩得以充分展现。在建筑外墙涂料中，添加适量的纳米级二氧化钛也可以明显地提高乳胶漆的耐候性。美国福特公司中心试验室成功地将纳米二氧化钛加入到汽车面漆中，以提高汽车面漆的耐候性、耐划伤性以及漆膜与金属表面的附着力。

二、光催化性能及在环保方面的应用

纳米微粒在光的照射下，通过把光能转换成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称为光催化。其基本原理是：当纳米二氧化钛粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子便从价带跃迁到导带，产生了电子――空穴对，电子具有还原性，正的空穴具有氧化性，空穴与纳米二氧化钛粒子表面的OH^-反应，生成氧化性很高的氢氧自由基OH，活泼的OH可以把许多难降解的有机物氧化成二氧化碳、水等无机物。如可以降解烃类、卤代物、羧酸、染料、含氮有机物、有机磷等，氧化降解为二氧化碳、水、氢等无害气体。据此可以把纳米二氧化钛制成光催化剂，用于污水处理或消除空气中有害气体，如甲醛、笨、甲苯、二甲苯等。纳米二氧化钛粒子中的电子――空穴对，还能与空气中的氧和水发生作用，通过一系列化学反应，形成原子氧（O）和氢氧自由基（OH），这种原子氧（O）和氢氧自由基（OH），具有很高的化学活性，能与细菌中的有机体反应，生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。

三、吸附性能与耐污性

在不同的PH值的水溶液中，纳米二氧化钛粒子可带有正电荷、负电荷或呈电中性，而使粒子表面形成的吸附键不同，导致吸附性能也不同。当纳米二氧化钛粒子暴露在空气中时，会吸附气体形成吸附气体层。对于不同的吸附层，例如，纳米二氧化钛粒子的表面，钛原子与钛原子之间通过氧桥键连接，这种结构是疏水性的，而在光照射条件下，一部分氧桥键脱离纳米二氧化钛的表面形成空位，此时，水吸附在氧空位上成为化学吸附水（表面的羟基），当停止光照时，化学吸附的羟基被空气中的氧取代，重又回到疏水状态。据此，当在自然状态下，常有大量的尘土、酸、硷性物质等附着在物体的涂料表面，引起涂料的老化退色。但是加入了纳米二氧化钛材料改性后的涂料，其表面出现强烈的“疏水性”，使水中的各种杂质不会沾到涂料表面，减轻了污水等对涂料的侵害，从而提高了涂料的耐污性。

此外，纳米二氧化钛还具有体积效应，由此引出的对电磁波屏蔽和对微波的吸收功能。其他性质包括光电致色效应、随角闪色效应等，因而可在电子工业、医药工业中具有广泛的应用前景！

也可以根据市场需求情况，对生产纳米二氧化钛的技术做适当改造，可生产纳米级复合铁钛粉，用作替代含有铅会对环境造成严重污染，必须被淘汰的红丹颜料的替代品。其防锈性能超过红丹漆数倍。还可以在纳米二氧化钛表面包覆掺杂锑的二氧化锡导电层，形成无机导电粉体具有抗静电、导电、屏蔽电磁波等功能，可用于航空、电子、汽车、军事等领域。

总之纳米二氧化钛应用领域广泛，具有极大的开发价值。

生产纳米二氧化钛分为气相法、固相法、液相法。气相法条件苛刻，成本高；固相法主要是依靠物理粉碎，粒度大小、分布不易控制；液相法主要为溶胶-凝胶法，原料成本也高。

发明内容