一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法技术

本发明专利技术涉及一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，具体步骤如下：1)将去离子水和乙二醇混合得到去离子水和乙二醇的混合液，用氨水调节混合液为碱性，然后边搅拌边向混合液中逐滴滴加钛酸四丁酯和1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐，得到混合均匀的反应液；2)将步骤1)所得反应液转入微波反应釜中进行水热反应，反应结束后对固体产物进行离心分离、洗涤、干燥，再进行煅烧得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛。本发明专利技术在适量氨水存在条件下，以去离子水和乙二醇为溶剂，采用含氟离子液体制备得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛，合成过程只需要10‑30min，耗时短，简便快捷，生产效率高，有利于工业化。

A rapid method for preparing small particle anatase titanium dioxide

The present invention relates to a method for rapid preparation of small size anatase nanoscale titanium dioxide. The specific steps are as follows: 1) mixing deionized water and ethylene glycol to the mixture of deionized water and ethylene glycol, using ammonia water to adjust the mixture to base, and then adding four butyl titanate and 1 butyl butyl 3. The mixture of methyl imidazole tetrafluorborate was obtained. 2) step 1) the reaction liquid was transferred into the microwave reaction kettle for hydrothermal reaction. After the reaction, the solid products were centrifuged, washed and dried, and then the small size anatase nano titanium dioxide was obtained by calcining. In the presence of a proper amount of ammonia in the presence of deionized water and ethylene glycol as solvent, a small particle size anatase nanoscale titanium dioxide is prepared by a fluorine containing liquid. The synthesis process requires only 10 30min, short time, simple and quick, high production efficiency and beneficial to industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法。
技术介绍
二氧化钛作为一种性能优异的半导体材料，因具有光催化活性好、高化学稳定性及热稳定性、无毒等优点而广泛应用于环境和能源领域。制备纳米二氧化钛的方法主要包括气相合成法和液相合成法。气相合成法对于反应设备的要求很高，且产率不是很理想，故使用较少，而液相合成法因具有反应温度低、设备简单、能耗少的优点，成为目前实验室和工业上广泛采用的方法，其中，溶胶-凝胶法是发展至今制备二氧化钛最常用的一种方法：通常将钛的无机盐或钛醇盐作为原料溶于例如醇一类的有机溶剂中，并向有机溶剂中添加无机酸或有机酸作为水解抑制剂，通过水解缩聚后形成溶胶，经陈化，溶胶转变为凝胶，湿凝胶经干燥除去残余水分以及有机溶剂后得到干凝胶，干凝胶最后经煅烧、研磨即可得到纳米二氧化钛颗粒。溶胶-凝胶法虽然被广泛使用，但工序繁琐，不够简便，而且采用上述合成方法，产物晶粒尺寸很难达到纳米级别。本专利技术利用氨水、含氟离子液体以及乙二醇的协同作用，在微波水热条件下能够快速制备出粒径10-20nm且晶粒尺寸均一的锐钛矿型纳米二氧化钛。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：提供一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，具体步骤如下：1)将去离子水和乙二醇混合得到去离子水和乙二醇的混合液，用氨水调节混合液为碱性，然后边搅拌边向混合液中逐滴滴加钛酸四丁酯和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，得到混合均匀的反应液；2)将步骤1)所得反应液转入微波反应釜中进行水热反应，反应结束后对固体产物进行离心分离、洗涤、干燥，再进行煅烧得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛。按上述方案，步骤1)所述去离子水和乙二醇的混合液由去离子水与乙二醇按体积比4:1混合得到。优选的是，步骤1)氨水浓度为10-15mol/L。优选的是，步骤1)氨水在去离子水和乙二醇的混合液中的浓度为0.3-0.45mol/L。优选的是，步骤1)所述氨水与钛酸四丁酯、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的体积比为3:4:2。按上述方案，步骤2)所述水热反应条件为：150-180℃下反应10-30min。按上述方案，步骤2)所述煅烧条件为室温下升温至400-800℃，保温2-6h，最后随炉冷却至室温。优选的是，步骤2)升温速率为1-3℃/min。本申请人经研究发现，在适量氨水存在条件下，以去离子水和乙二醇为溶剂，仅需少量1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐即可制备得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛，并且合成过程快速。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术在适量氨水存在条件下，以去离子水和乙二醇为溶剂，采用含氟离子液体代替氢氟酸(HF)对二氧化钛的形成过程起到形貌调控剂以及模版剂的作用，利用微波反应釜水热反应合成二氧化钛，相比于气相合成法和溶胶-凝胶法更为绿色环保，并且合成过程只需要10-30min，耗时短，简便快捷，有利于工业化。2、本专利技术制备的纳米二氧化钛颗粒均一，粒径仅10-20nm，且具有较好的光催化活性，在光催化等领域具有良好的应用前景。附图说明图1为对比例1-3和实施例1所制备的二氧化钛样品光降解亚甲基蓝染料的降解常数测试图；图2为对比例3所制备的二氧化钛样品的SEM图；图3为对比例4所制备的二氧化钛样品的SEM图；图4为实施例1所制备的二氧化钛样品的SEM图；图5为实施例1所制备的二氧化钛样品的TEM图；图6为对比例3和实施例1所制备的二氧化钛样品煅烧前后XRD图；图7为对比例3和实施例1所制备的二氧化钛样品的BET图；图8为对比例3和实施例1所制备的二氧化钛样品光电流测试图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。实施例1一种快速合成锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，具体步骤如下：(1)将1.5mL氨水(浓度10mol/L)加入到40mL去离子水和10mL乙二醇的混合液中，边磁力搅拌边向溶液中逐滴滴加2mL钛酸四丁酯和1mL1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；(2)将混合均一的上述溶液转移至微波反应釜中，用微波水热的方法在180℃下加热10min；(3)待反应釜冷却至室温后，取出反应液，离心分离并用去离子水和乙醇交替洗涤，洗涤数次后将样品置于60℃烘箱中烘干至少12h，后转入马弗炉中以1℃/min的速率升温至600℃，保温4h煅烧，最后随炉冷却得到二氧化钛样品。图4c为本实施例样品的大面积扫描图，显示纳米颗粒尺寸均一，图4d为本实施例样品局部放大的扫描图，显示纳米颗粒的尺寸在10-20nm，且存在一定的晶面融合现象。图5e为本实施例样品的大面积透射图，可以看到纳米颗粒中存在清晰的孔道结构，图5f反映出纳米颗粒中确实存在晶面融合的现象。对比例1采用与实施例1相似的方法制备二氧化钛，不同之处在于以乙酸代替氨水，具体步骤如下：(1)将1.5mL乙酸溶液(10mol/L)加入到40mL去离子水和10mL乙二醇的混合溶液中，边磁力搅拌边向溶液中逐滴滴加2mL钛酸四丁酯和1mL1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；(2)将混合均一的上述溶液转移至微波反应釜中，用微波水热的方法在180℃下加热10min；(3)待反应釜冷却至室温后，取出反应液，离心分离并用去离子水和乙醇交替洗涤，洗涤数次后将样品置于60℃烘箱中烘干至少12h，后转入马弗炉中以1℃/min的速率升温至600℃，保温4h煅烧，最后随炉冷却得到二氧化钛样品。对比例2采用与实施例1相似的方法制备二氧化钛，不同之处在于以甘油代替乙二醇，具体步骤如下：(1)将1.5mL氨水(浓度10mol/L)加入到40mL去离子水和10mL甘油的混合溶液中，边磁力搅拌边向溶液中逐滴滴加2mL钛酸四丁酯和1mL1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；(2)将混合均一的上述溶液转移至微波反应釜中，用微波水热的方法在180℃下加热10min；(3)待反应釜冷却至室温后，取出反应液，离心分离并用去离子水和乙醇交替洗涤，洗涤数次后将样品置于60℃烘箱中烘干至少12h，后转入马弗炉中以1℃/min的速率升温至600℃，保温4h煅烧，最后随炉冷却得到二氧化钛样品。对比例3采用与实施例1相似的方法制备二氧化钛，不同之处在于不加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，具体步骤如下：(1)将1.5mL氨水(浓度10mol/L)加入到40mL去离子水和10mL乙二醇的混合溶液中，边磁力搅拌边向溶液中逐滴滴加2mL钛酸四丁酯；(2)将混合均一的上述溶液转移至微波反应釜中，用微波水热的方法在180℃下加热10min；(3)待反应釜冷却至室温后，取出反应液，离心分离并用去离子水和乙醇交替洗涤，洗涤数次后将样品置于60℃烘箱中烘干至少12h，后转入马弗炉中以1℃/min的速率升温至600℃，保温4h煅烧，最后随炉冷却得到二氧化钛样品。如图1所示为对比例1-3和实施例1所制备的二氧化钛样品光降解亚甲基蓝染料的降解常数测试图，其中对比例1为由乙酸调控的酸性体系，光降解常数为0.017，对比例2为碱性条件下由甘油调控反应体系的粘度，光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将去离子水和乙二醇混合得到去离子水和乙二醇的混合液，用氨水调节混合液为碱性，然后边搅拌边向混合液中逐滴滴加钛酸四丁酯和1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐，得到混合均匀的反应液；2)将步骤1)所得反应液转入微波反应釜中进行水热反应，反应结束后对固体产物进行离心分离、洗涤、干燥，再进行煅烧得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种快速制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将去离子水和乙二醇混合得到去离子水和乙二醇的混合液，用氨水调节混合液为碱性，然后边搅拌边向混合液中逐滴滴加钛酸四丁酯和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，得到混合均匀的反应液；2)将步骤1)所得反应液转入微波反应釜中进行水热反应，反应结束后对固体产物进行离心分离、洗涤、干燥，再进行煅烧得到小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述去离子水和乙二醇的混合液由去离子水与乙二醇按体积比4:1混合得到。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)氨水浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳晓宇，肖曼杰，肖洒，王永，黎新，肖冰玉，钱心怡，王雪琴，郭定城，王赫，匡玥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42