[发明专利]一种纯金红石型二氧化钛纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料的制备方法，具体涉及一种纯金红石型二氧化钛纳米棒的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛(TiO₂)是一种多功能无机纳米材料，其颗粒尺寸至少在一维方向介于1～100nm之间，具有抗菌、紫外吸收、无毒、生物相容性好、性质稳定、价廉等特点，可广泛应用于化妆品、塑料、纺织、汽车、建材、生物医药及航天航空等领域。二氧化钛常见的晶型有金红石型、锐钛矿型和板钛矿型。其中，金红石型纳米二氧化钛由于性质稳定、折射率高和相对较低的光催化活性而成为一种理想的紫外线屏蔽剂，具有广阔的应用前景。

传统的金红石型纳米二氧化钛的化学制备主要分为气相法和液相法。气相法生产的纳米二氧化钛具有化学活性高、单分散性好、团聚少的优点，但粒子主要呈球状，且需要高温条件，对生产设备要求很高。与之相比，采用液相法制备纳米二氧化钛，具有粉体粒径大小可控、合成温度较低、成本低等优点，是目前实验室和工业上广泛采用的方法。

液相法又主要分为溶胶-凝胶法、液相沉淀法和溶剂热法。传统的溶胶-凝胶法和液相沉淀法均需要经过高温固相反应，让水合纳米二氧化钛经历由无定型到锐钛矿型再到金红石型的转化过程。但高温煅烧过程需要消耗大量的能源，成本较高，并且经常造成纳米晶粒的快速长大，甚至造成纳米粒子间的烧结，导致纳米二氧化钛晶粒尺寸较大，分布较宽，多为球状，比表面积减小。这些会影响纳米二氧化钛本身性能的发挥，限制其在某些方面的应用。因此，开发无需经过高温煅烧的制备方法和工艺便成为近年来人们努力的方向。

溶剂热法是不需高温煅烧即可制备氧化物晶粒的主要方法。溶剂热法是指在特制的密闭反应容器(如高压釜)中，以水或有机溶剂为反应介质，通过对反应容器加热制造一个高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶，从而制得相应的粉体。溶剂热法多用于制备锐钛矿型纳米二氧化钛，也可以用于制备金红石型二氧化钛，例如，CN102701277A所公开的通过将氯化钛加入极性溶剂中后在密闭反应釜中进行反应，制得了微米级的金红石型二氧化钛。溶剂热法用于制备金红石型纳米二氧化钛时，为了控制晶型，通常需要离子掺杂。如CN102205418A用掺杂质量比为1％～30％铁的水热法在密闭反应釜内，于温度为110～140℃制备得到了金红石型纳米二氧化钛。但掺杂剂用量通常较多，掺杂离子作为一种杂质会存留于最终产品中，可能对产品纳米二氧化钛的光吸收和催化活性等产生影响。另外，溶剂热法需要在较高温度和压力下的密闭反应釜中进行，对生产条件、成本和操作技术均提出了较高的要求。

近年来，也出现了一些改良的液相方法用于制备金红石型纳米二氧化钛。如CN101805017A、CN101456583A和CN101698507A，采用改良的液相沉淀法，主要以四氯化钛或硫酸钛等制备钛源分散液，用无机碱(主要为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等)调节pH，再加热制得金红石型纳米二氧化钛。该法需要外加无机碱调控体系pH值，有的还需要加入矿化剂(氯化亚锡、氯化锡等)，对操作、药品的要求较高。CN101062781A和CN1631795A，采用改良的溶胶-凝胶法，以四氯化钛为钛源，经过溶胶陈化，加热水解等步骤，制备得到了金红石型纳米二氧化钛。但这些改良的溶胶-凝胶法通常需要外加稳定溶胶的稳定剂，并且需经过长时间的陈化，使得反应周期较长，生产成本较高。