[发明专利]一种海胆状金红石型纳米氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护和清洁能源领域，具体地说，是一种海胆状金红石型纳米氧化钛的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂问世于20世纪80年代后期，由于其粒径小、比表面积大、界面原子所占比例大等特征而具有非常独特的性能。例如：优异的紫外屏蔽作用、透明无毒、奇特的颜色效应以及光催化作用等。TiO₂在汽车工业、防嗮化妆品、高级涂料、废水处理、杀菌、环保、吸附剂及功能陶瓷材料等方面有着广阔的应用前景。因此引起了人们的普遍关注，对它的制备、性能及应用展开了深入的研究。

目前，TiO₂制备方法已经较为成熟，方法多种多样，概括起来可分为气相法和液相法。施利毅、李春忠等人采用TiCl₄气相氧化法制备出了普通金红石型纳米氧化钛；英国的TIOXIDE公司用TiCl₄加碱中和水解法制备出针状金红石型纳米TiO₂产品；陈代荣、田明原等人利用水热合成法制备出了金红石型纳米TiO₂，但是这些方法条件都比较苛刻，而且成本高。因而，在较温和的条件制备出金红石型纳米TiO₂具有非常重要的意义。

中国专利文献CN1442367A公开了一种通过亚稳态氯化法生产金红石型纳米二氧化钛的方法以及由此得到的金红石型纳米二氧化钛，包括如下步骤：1)水解反应：将四氯化钛原料水解得到含白色沉淀的混合液体；2)溶胶-凝胶反应；3)过滤洗涤；4)干燥；5)高温煅烧。

中国专利文献CN104628031A公开了一种一维自掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及所得产品，该方法为：将碱的水溶液与钛源混合，搅拌均匀，得前驱体溶液；将前驱体溶液在120-220℃下进行反应，反应后离心分离、洗涤得到钛酸盐纳米材料；将钛酸盐纳米材料在酸中进行离子交换，得钛酸纳米材料；将钛酸纳米材料进行煅烧，得Ti³⁺掺杂的一维自掺杂二氧化钛纳米材料，所述纳米材料为纳米线或纳米带。所述钛源为三氧化二钛、硼化钛或硅化钛。前驱体虽然用了硅化钛，但是经过水热、酸洗、煅烧并没有得到二氧化钛纳米线或者纳米带。因此关于前驱体是硅化钛，制备工艺简单、易控制、成本低的海胆状金红石型纳米氧化钛的制备方法目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种制备方法简单、反应条件易控，得到的二氧化钛形貌均一、分散性好的较为温和的海胆状金红石型纳米氧化钛的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种海胆状金红石型纳米氧化钛的制备方法，包括以下步骤：(A)将前驱体硅化钛，浓盐酸，去离子水，加入聚四氟乙烯反应器中，通过180～210℃条件下的水热反应，得到二氧化钛沉淀物；(B)将二氧化钛沉淀物清洗干燥后即可得到海胆状的金红石型二氧化钛。

所述的金红石型二氧化钛具有海胆状的形貌，且单个颗粒最远端至中心的距离为2微米左右，由针状或棒状的金红石型二氧化钛自组装而成。

本发明所述的钛源前驱体是硅化钛。本发明发现由硅化钛制备的金红石型二氧化钛结晶性好、形貌均一、分散性好，可重复性好。同时也尝试过四氯化钛和三氯化钛另外两种钛源，不仅需要经过高温煅烧，而且由纳米线或者纳米带组成的二氧化钛形貌不均匀，分散性差。

本发明的步骤(A)中加入浓盐酸，是作为催化剂和腐蚀剂，不仅可以确保金红石晶相的生成，同时可以在晶相表面引入缺陷。所述的浓盐酸为含38％氯化氢的水溶液，相对密度1.19。

本发明制备得到的金红石型二氧化钛具有海胆状的形貌，“海胆状”是由针状和棒状组合形成的一种类似于海胆的形状。但是针状和棒状组合不一定得到海胆状，有可能得到的只是棒状或者针状或者是两者的杂乱组合。

本发明制得的二氧化钛单个颗粒最远端至中心的距离为2微米左右。

本发明所述的水热法是以去离子水为溶剂，在聚四氟乙烯反应釜中进行的化学反应。参考文献：Rational Design of 3D Dendritic TiO2Nanostructures with Favorable Architectures J.Am.Chem.Soc.2011,133,19314–19317。