专利名称：一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法
技术领域：
本发明属于纳米二氧化钛颗粒的制备领域，特别涉及一种采用高强酸制备金红石 型纳米二氧化钛颗粒的方法。
背景技术：
近年来，纳米材料的特殊性质受到了普遍关注，这吸引了大批学者对纳米材料的 合成进行了广泛的研究。由于颗粒尺寸的细微变化，比表面积急剧增加。纳米二氧化钛具 有粒径小、比表面积大、光催化、吸附性能好、紫外吸收率高等优点而成为重要的无机功能 材料，广泛应用于涂料、光催化剂、化妆品、电子材料和功能陶瓷等领域，金红石型耐热性、 热稳定性和化学稳定性优于锐钛矿型TiO高濂，郑珊，张青红.纳米二氧化钛光催化材料 及应用[M].北京化学工业出版社，2002 :16-20。金红石型纳米TiO2具有更好的吸收紫 外线的功能，它在全部紫外区都具有有效的紫外线滤除能力，加上它的化学性质稳定(熔 点> 1800°C、热分解温度超过2000°C )、无毒(大鼠的LD50 > 5000mg/lg)和更好的耐候 性而得到广泛的应用。例如在清漆中含有0. 5% 4%的纳米TiO2，便能防止木材受光照后 发黑；在食品包装用塑料薄膜中加入0. 0.5%的纳米TiO2可防止食品受光照后氧化， 以及肉类等食品在橱窗中受荧光灯照射后氧化变色；在塑料中使用能防止塑料本身被日光 降解和老化；在农用薄膜中使用能提高它的强度和耐久性；在化妆品使用可以提高化妆品 的防晒和抗紫外线的能力。另外，金红石型纳米T^2由于其特殊的电学性能，不仅可以用 于湿敏和压敏元件，还可以用作传感器材料检测多种气体。如纳米T^2可检测H2、CO等可 燃性气体和02，特别是用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气中的氧含量，可以控制汽车 发动机的效率。而且由于金红石型纳米TW2更好的耐候性和颜料性能，所以在涂料和涂层 方面具有更加高的应有价值邓捷，吴立峰.钛白粉应用手册[M].北京化学工业出版社， 2005。纳米材料的制备方法很多，液相沉淀法通常采用的工艺路线是将氨水、(NH4)2CO3 或NaOH等碱类物质加入到钛盐溶液中，生成无定形的Ti (OH)4，将生成的沉淀过滤、洗涤、干 燥后，控制温度的不同，经煅烧得到锐钛矿型或金红石型纳米TW2粉体沈毅，张智丹，沈上 越.二氧化钛微米球形颗粒的制备与研究[J].硅酸盐通报，2005，(3) :96-101。虽然该 法设备工艺简单，制样时间较短，技术要求不高，成本低等优点，但是纯度不高，而且粒径控 制方面并未介绍。祖庸等水解温度为33°C，η(钛酸丁酯)η(乙醇)η(水)η(盐 酸)=1 9 3 0.28，制备出了平均粒径8nm 25nm，颗粒形态呈球形的TiO2粉体， 550°C锻烧为锐钛矿型，800°C锻烧为金红石型祖庸，李晓娥，卫志贤.超细TW2的合成研 究溶胶-凝胶法[J].西北大学学报，1998，观(1) :51-56。此法依然未实现对颗粒粒径 的控制。尹荔松等人在上述体系中加人冰醋酸作为鳌合剂，以控制钛酸丁醋的水解速度，系 统考察H2O/钛醇盐的摩尔体系、pH值、乙醇/钛酸丁醋摩尔比及水解温度等因素对胶凝时 间的影响。尹荔松，周歧发，唐新桂，等.溶胶-凝胶法制备纳米的胶凝过程机理研究[J]. 功能材料，1999，3(K4) :407-409]0该方法合成的纳米粉体颗粒均勻、纯度高、形状易控制，
3但不能控制粒径大小。^iao Tieliu先用氨水做沉淀剂，加入到异丁醇钛乙醇溶液中，制 得Ti (OH)4沉淀物，再溶入硝酸中，加热到80°C，恒温池制得超细金红石型纳米二氧化钛。 [Zhao TieLiu, Yao Shushan. Preparation and characterizationof highly dispersed nanocrystalline rutile powders[J]. Materials Letters,2007, (61) :2798_2803
在Pedraza等用TiCl3直接氧化法制备出金红石型纳米二氧化钛Pedraza F，Vazquez A.Ostentationof Ti02 rutile at room temperature through direct oxidation of TiC13[J].J Phys Chem Solids，1999，60 :445_448；张艳峰由 TiOCl2 均相溶液采用低温 (室温 60°C)陈化直接制备了纳米氧化钛针形聚集体颗粒张艳峰，魏雨，贾振斌.Ti0C12 溶液低温水解合成金红石型氧化钛纳米粉[J].无机材料学报，2001，16(6) :1217-1219。 赵晓红等用TiCl3低温水热法制备出金红石型纳米二氧化钛赵晓红，张渊明，等.低温水 热法制备高活性纳米金红石相二氧化钛[J].化学研究与应用，2006，18 (3) :235-238。这 些方法均为涉及粒径控制。另一方面，已有报道表明，通过锐钛矿纳米晶种控制锐钛矿纳米颗粒粒径Park N G, Lagemaat van de J, Frank A J. Comparison of dye-sensitized rutile and anatase based TiO2 Solarcells [J]. J. Phys. Chem. B, 2000,104(38) :8989_8994。应该考虑到通过 用金红石，锐钛矿晶种数量来控制金红石纳米二氧化钛颗粒大小，同时所制备的纳米颗粒 粒径均一。同时，可以在相同的PH等条件下，制备产率相当的金红石纳米颗粒。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛 颗粒的方法，该方法操作简便，重复性好，每批次的粒径均勻性好，具有粒径可控，分散性好 等优势。本发明的一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法，包括在1. 26M 5M高强酸溶液中，逐滴加入钛酸酯形成钛离子浓度为0. 25M的溶液， 搅拌15 20min，得到透明溶液，将溶液转移到反应釜进行水热反应，自然冷却到室温，离 心去掉上层清液，然后用去离子水反复洗涤产物，即得。所述的高强酸为高氯酸、硫酸或硝酸。所述的钛酸酯为异丙醇钛或钛酸四丁酯。所述的水热反应具体条件为于100 120°C陈化M 32h，再升温至140 160°C 陈化72 80h。有益效果(1)本发明操作简便，重复性好，每批次的粒径均勻性好；(2)本发明具有粒径可控，分散性好等优势，可以制备出不同粒径的金红石型纳米 二氧化钛超细粉体，为不同粒径的金红石型纳米颗粒的制备与应用打下了良好的基础。
图1是实施例1所得的金红石型纳米颗粒的透射电镜图片；图2是实施例1所得的金红石型纳米颗粒的XRD图片；图3是实施例2所得的金红石型纳米颗粒的透射电镜图片。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 5mL，逐滴加入1. 5mL异丙醇钛，搅拌15min，得 到透明溶液，钛离子浓度为0. 25M，将20mL溶液转移到聚四氟乙烯反应釜进行水热反应，加 热到100°C陈化Mh，再升温到140°C陈化72h，自然冷却到室温。白色乳液通过离心机进行 离心操作，去掉上层清液。然后用去离子水反复洗涤，最终得到白色TiO2纳米粒子。方案1在高氯酸浓度分别是a为1. 26M, b为1. 63M，c为1. 88M，d为2. 00M, e 为4. 00M, f为5. OOM时制得金红石纳米粒子的透射电镜图片见图1，由图估算出粒子的 平均粒径分别约为 70nmX 13nm, 85nmX 13nm, 125nmX 18nm, 135nmX 19nm, 150nmX 16nm, 230nmX17nm 分散性能较好。图 2 为 XRD 图 a 为 1. 26M，b 为 1. 88M，c 为 2. 00M，d 为 4· 00M, e 为 5. OOM0实施例2配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL钛酸四丁酯，搅拌15min， 得到透明溶液，钛离子浓度为0. 25M，将20mL溶液转移到聚四氟乙烯反应釜进行水热反应， 加热到100°C陈化Mh，再升温到140°C陈化72h，自然冷却到室温。白色乳液通过离心机进 行离心操作，去掉上层清液。然后用去离子水反复洗涤，最终得到白色TiO2纳米粒子。方案2在添加不同数量晶种高氯酸浓度分别是a为4M，b为2M时制备金红石纳米 粒子的透射电镜图片见图3，由图估算出粒子的分别为200nmX15nm，IOOnmX20nm。实施例3配制1. 26M 5M的高氯酸溶液18. 3mL,逐滴加入1. 7mL钛酸四丁酯，搅拌20min， 得到透明溶液，钛离子浓度为0. 25M，将20mL溶液转移到聚四氟乙烯反应釜进行水热反应， 加热到120°C陈化32h，再升温到160°C陈化80h，自然冷却到室温。白色乳液通过离心机进 行离心操作，去掉上层清液。然后用去离子水反复洗涤，最终得到白色TiO2纳米粒子。
权利要求
1.一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法，包括在1. 26M 5M高强酸溶液中，逐滴加入钛酸酯形成钛离子浓度为0. 25M的溶液，搅拌 15 20min，得到透明溶液，将溶液转移到反应釜进行水热反应，自然冷却到室温，离心去 掉上层清液，然后用去离子水反复洗涤产物，即得。
2.根据权利要求1所述的一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法，其 特征在于所述的高强酸为高氯酸、硫酸或硝酸。
3.根据权利要求1所述的一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法，其 特征在于所述的钛酸酯为异丙醇钛或钛酸四丁酯。
4.根据权利要求1所述的一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法， 其特征在于所述的水热反应具体条件为于100 120°C陈化M 32h，再升温至140 160°C 陈化 72 80h。
全文摘要
本发明涉及一种采用高强酸制备金红石型纳米二氧化钛颗粒的方法，包括在1.26M～5M高强酸溶液中，逐滴加入钛酸酯形成钛离子浓度为0.25M的溶液，搅拌15～20min，得到透明溶液，将溶液转移到反应釜进行水热反应，自然冷却到室温，离心去掉上层清液，然后用去离子水反复洗涤产物，即得。本发明操作简便，重复性好，每批次的粒径均匀性好，具有粒径可控，分散性好等优势，为不同粒径的金红石型纳米颗粒的制备与应用打下了良好的基础。
文档编号C01G23/053GK102145918SQ20111009713
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者俞海钢, 周兴平, 王美文 申请人:东华大学