专利名称：高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术：
纳米二氧化钛是一种重要的光催化材料，在特定波长光线的照射下受激活化，可产生超亲水性和常温深度氧化能力，由此有了自清洁分解有机物，除臭和杀菌多种功能。因此，纳米二氧化钛的制备成为各国的研究重点。目前，具有高热稳定性单分散锐钛型纳米二氧化钛的制备更成为材料领域的难点和热点问题之一。W.Wang等采用表面包覆技术，将SiO2、Al2O3及有机物等包覆在TiO2表面，试图解决纳米TiO2在不同介质中的分散问题(J.Phys.Chem.B.2004，108(39)14789-14792)；C.Wang等采用组装技术将纳米颗粒组装在载体表面，即想解决分散问题，又可以重复利用(Inorg.Chem.2001，40，5210-5214)；K.V.Baiju等采用La2O3掺杂将锐钛型向金红石型转化温度提高到800℃以上(Mater.Chem.Phys.2005，90123-127)；采用三乙醇胺为络合剂利用水热法控制水解TiCl4溶液制备出单分散纳米TiO2(无机材料学报，2002，17(1)149-153)；蔡邦宏等利用H3PO4对纳米TiO2表面改性，煅烧温度在450℃时没有引起TiO2颗粒的长大和比表面积的下降(分子催化，2004，18(2)136-139)；S.K.Samantaray等利用磷酸铵对TiO2表面修饰使锐钛型的稳定温度提高至900℃(J.Molecular catalysis Achemical 2001，176151-163)。近年来，虽然在纳米TiO2制备及改性方面取得了明显的进步，但在锐钛型纳米TiO2耐高温1000℃以上，并且防止硬团聚的出现和颗粒长大方面的研究并没有突破性进展，仍存在两个典型的问题(1)纳米粉体易团聚，难分散。如作为使用量最大的自清洁涂料添加时，理论使用量应不超过3％就可达到自清洁效果，但在实际应用时由于多数纳米TiO2处于团聚状态，添加量往往超过8％，大大增加了使用成本。(2)热稳定性差.如在自洁陶瓷、自洁玻璃等需要1000℃以上高温固化的场合应用时，不但由锐钛型转化为光催化效果差的金红石型，而且颗粒已逐渐长大，甚至出现硬团聚，降低了光催化效率。为此，寻找一种低成本制备纳米二氧化钛的方法具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、经济、简单方便、低成本高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法本发明还给出了锐钛型二氧化钛的热稳定性的温度范围以及纳米二氧化钛的粒径分布，并提供了反应物和添加剂的浓度。
本发明的目的是这样实现的。高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法，以四氯化钛为原料，添加磷酸或磷酸盐，利用常压下的沸腾回流强迫水解，反应温度100℃，反应时间3～8小时，反应结束后，经过滤使产物和母液分离，用蒸馏水洗涤，烘干，得到二氧化钛粉体。
在本发明的方法中，磷酸或磷酸盐在反应过程中即是生成锐钛型二氧化钛的模板剂，又是锐钛型二氧化钛的热稳定剂，还可以有效的控制二氧化钛的晶型和粒径。
原料四氯化钛的浓度范围在0.3～1.5mol/L，四氯化钛与磷酸或磷酸盐的混合摩尔比为1∶(0.001～0.08)。
本发明的制备方法，所述磷酸盐是磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸铵其中的一种。
本发明取得的积极效果是采用本发明制备的二氧化钛粉体为锐钛型，粒径在20～80nm可以调控，单分散性好；具有高热稳定性，在高温600～1000℃煅烧仍然保持锐钛晶型，不发生向金红石型的相变；并且不发生颗粒的长大和团聚，二氧化钛收率和纯度均在98％以上。本发明为工业化生产高纯度、高收率的锐钛型纳米二氧化钛创造了条件。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1反应釜中加入3.3mLTiCl4，0.51g K3PO4，蒸馏水97mL，反应釜上安装冷凝装置，加热升温至100℃，持续反应5h，反应结束后，降至室温，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，80℃烘干12h，得到产品2.3g。该产品的结构为锐钛矿型，粒径为15nm，经800℃煅烧2h，仍保持结构为锐钛矿型，粒径为15nm。
实施例2反应釜中加入11mLTiCl4，0.48g NaH2PO4，蒸馏水89mL，反应釜上安装冷凝装置，加热升温至100℃，持续反应5h，反应结束后，降至室温，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得到产品7.8g。该产品的结构为锐钛矿型，粒径为30nm，经1000℃煅烧2h，仍保持结构为锐钛矿型，粒径为35nm。
实施例3反应釜中加入16.5mlTiCl4，3mL H3PO4，蒸馏水84mL，反应釜上安装冷凝装置，加热升温至100℃，持续反应5h，，反应结束后，降至室温，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得到产品11.8g。该产品的结构为锐钛矿型，粒径为80nm，经600℃煅烧2h，仍保持结构为锐钛矿型，粒径为80nm。
权利要求
1.高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于以四氯化钛为原料，添加磷酸或磷酸盐，四氯化钛与磷酸或磷酸盐的混合摩尔比为1∶(0.001～0.08)，利用常压下的沸腾回流强迫水解，反应温度100℃，反应时间3～8小时，反应结束后，经过滤使产物和母液分离，用蒸馏水洗涤，烘干，得到二氧化钛粉体。
2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于原料四氯化钛的浓度范围在0.3～1.5mol/L。
3.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述磷酸盐是磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸铵其中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种高热稳定性锐钛型纳米二氧化钛的制备方法。以四氯化钛为原料，通过添加微量磷酸或磷酸盐，利用常压下的沸腾回流强迫水解法制备出锐钛型纳米二氧化钛球形粉体。该粉体在高温600～1000℃煅烧后仍然保持锐钛晶型，且不出现烧结和团聚，粉体粒径在20～80nm范围人为可控，粒度分布均匀，具有良好的分散性。本发明的方法工艺简单，经济、方便、成本低，二氧化钛收率和纯度均在98％以上。
文档编号B01J21/00GK101049556SQ20071006188
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者魏雨, 张艳峰, 刘辉 申请人:河北师范大学