二氧化钛纳米空心球的制备方法与流程

本发明涉及一种空心球的制备方法，尤其是一种二氧化钛纳米空心球的制备方法。

背景技术：

纳米二氧化钛因良好的稳定性和能带结构，在光催化、光电转换、防雾、自清洁、涂料、化妆品等领域有着广泛的应用前景。纳米二氧化钛空心球与实心球相比，具有密度小、比表面积大、热稳定性能好，以及特殊的光学特性。为此，人们为获得纳米二氧化钛空心球做出了不懈的努力，如中国发明专利CN 103803646B于2015年11月18日公告的一种二氧化钛空心球的制备方法。该方法先以氯化钾为表面改性剂，正硅酸乙酯为原料制备二氧化硅球形颗粒，再利用二氧化硅胶体球的表面荷电及提拉的速度制备出二氧化硅胶体晶体模板，之后，先将二氧化硅胶体晶体模板浸入二氧化钛凝胶中后缓慢拉出膜层，再将晾干的膜层煅烧后，腐蚀去除二氧化硅模板，得到产物。这种制备方法虽能获得二氧化钛空心球，却也存在着不足之处，首先，方法过于复杂，需历经模板的制备、二氧化钛凝胶的包覆、煅烧和模板的去除等过程；其次，制备过程中多次涉及酸和碱溶液，极易造成环境污染；再次，制得的产物中的空心球直径偏大，多为亚微米级，且空心球相互连接成膜状，使其比表面积有限。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种空心球呈分散状、且简单便捷的二氧化钛纳米空心球的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二氧化钛纳米空心球的制备方法采用滴入法，特别是完成步骤如下：

先将四氯化钛以≤0.5mL/s的速率滴入水中，得到乳液，再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得球直径为30～200nm、球壳厚为6～30nm的二氧化钛纳米空心球。

作为二氧化钛纳米空心球的制备方法的进一步改进：

优选地，水的pH值为3～12，温度为20～100℃。

优选地，四氯化钛滴入时，水为搅拌状态；利于加速反应。

优选地，固液分离处理为离心分离，其转速≥1000r/min、时间≥5min。

优选地，洗涤处理为使用去离子水或乙醇对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离。

优选地，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的目的产物分别使用扫描电镜和透射电镜进行表征，由其结果可知，目的产物为分散状的二氧化钛空心球；其中，二氧化钛空心球的球直径为30～200nm、球壳厚为6～30nm。这种由分散状的纳米二氧化钛空心球组成的目的产物，既由于纳米二氧化钛良好的稳定性和能带结构，又因纳米二氧化钛空心球具有的密度小、比表面积大、热稳定性能好和特殊的光学特性，还由于分散状的纳米二氧化钛空心球具有较高的比表面积，从而使目的产物极易于广泛地应用于光催化、光电转换、防雾、自清洁、涂料、化妆品等领域。

其二，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了空心球呈分散状的目的产物——二氧化钛纳米空心球，还有着简单便捷、成本低、绿色环保的特点，使其易于大规模地工业化生产和目的产物的商业化应用。

附图说明

图1是对制备方法制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)进行表征的结果之一。其中，图1a为目的产物的SEM图像；图1b为目的产物的TEM图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

首先从市场购得或自行制得：

四氯化钛；

水；

去离子水；

乙醇。

接着，

实施例1

制备的具体步骤为：

先将四氯化钛以0.1mL/s的速率滴入水中；其中，水的pH值为3，温度为20℃，水为搅拌(或静止)状态，得到乳液。再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为1000r/min、时间为10min，洗涤处理为使用去离子水(或乙醇)对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干，制得近似于图1所示的二氧化钛纳米空心球。

实施例2

制备的具体步骤为：

先将四氯化钛以0.2mL/s的速率滴入水中；其中，水的pH值为5，温度为40℃，水为搅拌(或静止)状态，得到乳液。再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为2000r/min、时间为8min，洗涤处理为使用去离子水(或乙醇)对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干，制得近似于图1所示的二氧化钛纳米空心球。

实施例3

制备的具体步骤为：

先将四氯化钛以0.3mL/s的速率滴入水中；其中，水的pH值为7，温度为60℃，水为搅拌(或静止)状态，得到乳液。再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为3000r/min、时间为7min，洗涤处理为使用去离子水(或乙醇)对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干，制得如图1所示的二氧化钛纳米空心球。

实施例4

制备的具体步骤为：

先将四氯化钛以0.4mL/s的速率滴入水中；其中，水的pH值为9，温度为80℃，水为搅拌(或静止)状态，得到乳液。再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为4000r/min、时间为6min，洗涤处理为使用去离子水(或乙醇)对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干，制得近似于图1所示的二氧化钛纳米空心球。

实施例5

制备的具体步骤为：

先将四氯化钛以0.5mL/s的速率滴入水中；其中，水的pH值为12，温度为100℃，水为搅拌(或静止)状态，得到乳液。再对乳液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为5000r/min、时间为5min，洗涤处理为使用去离子水(或乙醇)对分离得到的固态物进行清洗，清洗时分离固态物为离心分离，干燥处理为将清洗后的固态物置于常温下晾干，制得近似于图1所示的二氧化钛纳米空心球。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的二氧化钛纳米空心球的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。