[发明专利]一种荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米粒子及其制备方法，具体涉及一种表面荷电的锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

纳米TiO₂材料是一种高效节能的光催化功能材料，因其具有无毒、光化学性质稳定、光催化效果好、可重复使用等优点被广泛应用于低浓度废水处理、贵金属回收、空气净化以及涂料表面自洁等领域，这种材料在紫外光甚至可见光照射下可以降解多种环境污染物，还具有光诱导亲水性的特点。TiO₂主要以金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种晶体结构存在于自然界中，其中金红石型和锐钛矿型TiO₂具有较高的催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳。

目前，制备二氧化钛纳米颗粒的方法很多，其中化学方法主要包括气相法和液相法。专利CN1736878A、CN1810653A报导的气相法制备的二氧化钛纳米粒子可实现其工业化生产，但所用设备复杂、成本高；专利CN102320655A和CN101671052A采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米粒子，其原料成本较高，且需要二次水解、高温焙烧等过程，工艺复杂；专利CN103011273A采用水热法制备纳米片状球形锐钛矿二氧化钛，但需要在160～200℃进行晶化反应；专利CN102120612A报导了一种将钛源酸溶液加入含阴离子表面活性剂的无机碱分散溶液中，反应后，离心分离得到锐钛矿型二氧化钛，所用的阴离子表面活性剂仅是为了减少二氧化钛的团聚；专利CN101890343A通过过量的烷基胺化物修饰TiO₂纳米晶，不需高温焙烧，其工艺简单，操作方便，但所用的表面修饰剂二乙胺、三乙胺、丙胺等，均对人体健康有毒副作用，且溶剂不易回收，对环境造成不良影响。以上技术虽然都得到结构或性能良好的二氧化钛，但均未给出其表面荷电性变化。专利CN102430370A报导的用于电泳显示的二氧化钛粒子是在有机溶剂中通过阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，以及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵修饰得到，在水溶液中难以保持其荷电性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法。

本发明提供的荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法是基于附图1的流程图实现的，包括以下步骤：

1)无机钛盐/聚电解质溶液的配制；2)沉淀过程；3)胶溶过程；4)纯化、干燥过程。

一种荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法，通过以下具体方案实现：

步骤1)无机钛盐/聚电解质溶液的配制

将无机钛盐配成0.2mol/L～0.4mol/L的水溶液，在充分搅拌下将阳离子聚电解质或阴离子聚电解质溶解于该无机钛溶液中。无机钛盐和聚电解质的质量比为1:0.01～1:0.15，继续充分搅拌，使其混合均匀；

步骤2)沉淀过程

将步骤（1）得到的2～5质量份的无机钛盐/聚电解质溶液在搅拌条件下滴加至1～3质量份的0.5～2.5wt%碱性溶液中，沉淀反应30～120min后，离心分离，得到白色沉淀物；

步骤3)胶溶过程

将步骤（2）得到的白色沉淀物分散于0.01～0.3mol/L的酸溶液中，超声分散0.5～1.5h，然后在搅拌下于35～105℃回流1～5h；

步骤4)纯化、干燥过程

将步骤（3）获得的产物离心分离，用无水乙醇充分洗涤，然后将该沉淀物置于烘箱在30～80℃下干燥，即得到荷电性的锐钛矿型纳米TiO₂。

进一步的，所述的阳离子聚电解质包括聚二乙烯丙基氯化铵（PDDA）、聚乙烯亚胺（PEI）、聚乙烯基胺（PVA）、壳聚糖（CS）；所述的阴离子聚电解质包括聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、聚丙烯酸钠（PAA）、木质素磺酸钠（SLS）、木质素磺酸钙（CLS）、海藻酸钠（SA）。采用阳离子聚电解质则产品带正电荷，若采用阴离子聚电解质则产品带负电荷。

进一步的，所述的无机钛盐为硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛中的一种或几种的混合。

进一步的，所述的碱性溶液为六次甲基四胺溶液、氨水溶液中的一种。

进一步的，所述的酸溶液为硝酸、冰乙酸中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：