[发明专利]一种采用微反应器运用沉淀法制备纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属二氧化钛纳米颗粒的制备领域，特别是涉及一种采用微反应器运用沉淀法制备二氧化钛纳米颗粒的方法。

技术背景

TiO₂有很多种晶相，其中最主要的是锐钛矿相、板钛矿相和金红石相；锐钛矿相和板钛矿相均属于亚稳态，经焙烧都可以转变为稳定的金红石相。纳米级TiO₂以其颗粒尺度的优势而具有许多超过普通钛白粉的优点。纳米TiO₂颗粒的功能确定了产品的高附加值，而功能在很大程度上取决于产物的形态和结构（包括粒度、晶型等）。小尺度效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应都是纳米颗粒与固体的基本特征。当TiO₂粒径小于10nm时，光催化反应的量子产率迅速提高，锐钛矿相TiO₂粒径为3.8nm时，其量子产率是粒径为53nm的27.2倍。同时，粒径越小电荷扩散到表面的时间也越短，使电子和空穴更有效的分离，从而导致纳米TiO₂催化活性远高于普通TiO₂。研究表明，当TiO₂的晶粒尺寸从30nm降到10nm时，其光催化氧化降解苯酚的活性提高了45%左右。

自从1972年Fujishima和Honda等发现TiO₂电极上的水可以发生光催化分解作用开始，科研工作者针对光催化领域做了大量的研究工作。到目前为止，TiO₂在光催化技术方面主要为治理环境污染、光催化制氢抗菌和光电转换等。除此以外，在光照条件下，纳米TiO₂通过表面结构的改变可以使与水的接触角减少到5度以下，因而具有表面超亲水效应，这一特性已被用于建筑物玻璃、镜子等玻璃表面自清洁和防雾等方面。同时将其填充到其他材料中，除了可以改善其韧性和强度之外，还可以提高材料的耐酸碱性。此外，在涂料和化妆品等领域，纳米TiO₂同样具有广阔的应用前景。

目前，实验室制备纳米二氧化钛常用的方法有：溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、沉淀法、化学气相沉积法、水解法等。溶胶-凝胶法制备纳米颗粒因为产品的纯度较高、均匀、合成温度低、设备简单等优点，应用较广，缺点是通常采用的钛醇盐价格较高、后期热处理过程中因凝胶成粉体积收缩剧烈易引起团聚现象的发生。微乳液法可以将纳米颗粒的粒度较好地控制在一定的范围里，使其分布均匀，此外表面活性剂的存在可以在制备纳米颗粒的同时对其进行改性，也可以抑制颗粒的聚集，但是后期表面活性剂的存在造成清洗的困难，而且添加表面活性剂造成成本的增加。水热法制备出来的纳米颗粒通常具有团聚较少、粒度均匀、、不需后期热处理的优点，但是反应时需要高压高温，操作复杂。均匀沉淀法可以得到透明度高、分散性好的纳米颗粒，但是整个工艺流程复杂，耗时长，成本高。直接水解法一定程度上可以简化生产流程，降低成本，缺点是产品的粒度形貌不易控制，溶液中因引入较多无机阴离子造成清洗困难。CN101597084A先制备过氧钛酸溶液（溶胶），再用多元醇稀释后注射到微反应器中经油浴处理，得二氧化钛溶胶，再将溶胶与丙酮混合，静置沉降，离心得到浅白色的纳米颗粒，此发明所得纳米颗粒小、分布均匀、结晶性好、稳定性好、透明度高，但是原料的制备相对复杂，且使用较多的有机试剂，并且需要采用高温处理。骆广生在传统沉淀法的基础上引入了膜分散技术，将硫酸钛和碳酸氢铵分别从分散相入口和连续相入口通过计量泵输送到膜器中，在膜两侧的压力差的作用下，将硫酸钛通过分散膜分散成膜孔尺度的微小液滴，进一步分散到到碳酸氢铵溶液里，使之混合均匀。但是此方法以微孔膜作为相分散的介质，在实验过程中会出现颗粒堵塞微孔膜，导致清洗困难。

发明内容

针对现如今纳米二氧化钛生产过程中的工艺流程复杂、成本高、颗粒易团聚、粒径分布不均匀等缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种采用微反应器运用沉淀法合成纳米二氧化钛颗粒的方法，该方法工艺简单，后处理操作简单，反应时间短，适合于工业化生产；所得二氧化钛颗粒小、分布均匀、结晶性好、稳定性好和透明度高；此外不会对微反应器导致堵塞。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种采用微反应器运用沉淀法制备纳米二氧化钛的方法，将含钛的无机物用无水乙醇溶解，再将无机碱的水溶液与含钛无机物的乙醇溶液分别同时泵入微通道模块化反应装置中，保持停留时间15s-1min，于室温下进行反应，将反应产物离心，沉淀用蒸馏水洗涤3次，并在真空干燥器中干燥，再在马弗炉中600℃焙烧2h，得到最终产品纳米二氧化钛。