一种蓝色二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种蓝色二氧化钛的制备方法，属于化学及材料科学技术领域。本发明专利技术是将钛源与含氟有机化合物混合，然后在熔融盐中高温煅烧，一步法制得具有高度稳定的蓝色二氧化钛。本发明专利技术方法简单，不需要惰性气体保护，产率高，适合大规模工业化生产。

A preparation method of blue titanium dioxide

The invention relates to a preparation method of blue titanium dioxide, which belongs to the field of chemistry and material science and technology. The invention mixes the titanium source with the fluorine-containing organic compound, and calcines the titanium source in the molten salt at high temperature, so as to obtain highly stable blue titanium dioxide in one step. The invention has simple method, no need of inert gas protection, high yield, and is suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种蓝色二氧化钛的制备方法
本专利技术属于无机纳米光催化材料
，特别涉及一种蓝色二氧化钛的制备方法。
技术介绍
二氧化钛作为一种性能优良、化学性质稳定的半导体材料，被广泛应用于光催化剂、气体传感器、太阳能电池，在能源和环保领域具有广阔的应用。二氧化钛通常呈现白色，其禁带宽度为3.2eV，仅能被太阳光中的紫外光所激发，光转换效率较低。因此，拓展二氧化钛的光响应范围至可见光范围，成为了当前二氧化钛材料领域研究的热点。目前，拓展二氧化钛可见光响应的技术包括金属/非金属掺杂、染料敏化以及Ti3+自掺杂方法，通过特出处理在二氧化钛内部引入氧空位，可以使二氧化钛转变为其他颜色，采用的方法包括高温氢化、金属粉还原，NaHB4还原、真空还原等。例如，专利CN103962117A公开了一种颜色可调的二氧化钛制备方法，将金属氢化物与二氧化钛混合，在惰性气体保护下，经高温固相反应制得颜色从浅灰色经蓝色最终到黑色可调的二氧化钛。目前已报道的制备蓝色二氧化钛的方法操作复杂，不仅需要高温高压和惰性气体保护，而且得到蓝色二氧化钛不稳定，在空气中放置一段时间后颜色容易褪去，从而失去对可见光的响应能力。专利CN103553124A公开了以三氯化钛为原料，加入一定摩尔比的四氯化钛，同时以氟化钠为稳定剂，通过溶剂热法合成了稳定的蓝色二氧化钛纳米颗粒，其中的氟离子可以与Ti3+结合，使Ti3+不易被空气中的氧气氧化成Ti4+。但是NaF的存在能加剧四氯化钛的缩合，很难控制TiO2的形貌，并且氟离子仅仅在表面与晶体表面的Ti原子结合，往往造成光催化活性的降低。本专利技术采用简单的熔融盐煅烧制备工艺，利用各种钛源制备蓝色二氧化钛，甚至可以将白色的二氧化钛转变为蓝色二氧化钛，该方法操作简便，成本低廉，具有大规模商品化生产前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中蓝色二氧化钛制备方法成本高、操作复杂、稳定性差的技术问题，提供一种操作简便、成本低廉的蓝色二氧化钛制备方法。本专利技术的一种蓝色二氧化钛的制备方法，是将钛源与含氟有机化合物按一定比例混合，然后在熔融盐中高温煅烧，一步法制得具有高度稳定的蓝色二氧化钛。本专利技术的一种蓝色二氧化钛的制备方法，包括以下几个步骤：(1)将钛源与含氟有机化合物按一定比例混合均匀，得到混合物；(2)将上述混合物与熔融盐研磨均匀，然后置于马弗炉中高温煅烧；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛。本专利技术的一个优选技术方案是，所述的钛源为钛酸四正丁酯、钛酸四异丙酯、四氯化钛或白色二氧化钛粉末。本专利技术的另一个优选技术方案是，所述的含氟有机化合物为三氟乙酸或三氟乙醇。本专利技术的另又一个优选技术方案是，钛源与含氟有机物的摩尔比为1：0.1～1：20。本专利技术的另又一个优选技术方案是，所述的熔融盐为LiCl/KCl共晶、LiNO3/KNO3共晶、KCl/NaCl共晶、AlCl3/NaCl共晶或MgCl2/KCl共晶。本专利技术的另又一个优选技术方案是，煅烧温度为200～700℃，煅烧时间为0.5～10小时。本专利技术的另又一个优选技术方案是，白色二氧化钛钛源可以是锐钛矿、金红石、板钛矿或TiO2(B)中的一种或几种的混合物。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的制备方法简单，成本低廉，适用于所有的二氧化钛原料，便于工业化生产。(2)本专利技术的制备方法制备的蓝色二氧化钛具有良好的可见光响应性能，在可见光照射下，其光催化降解罗丹明B的速率均优于商品二氧化钛P25。附图说明图1.是本专利技术实施例1所制备的蓝色二氧化钛的实物照片。图2.是本专利技术实施例1所制备的蓝色二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱。图3.是本专利技术实施例2所制备的蓝色二氧化钛的电子顺磁共振谱图。图4.是本专利技术实施例3所制备的蓝色二氧化钛的X射线光电子能谱图。图5.是本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所制备的蓝色二氧化钛与商品二氧化钛P25降解罗丹明B的光催化活性对比。下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的说明，但需要指出的是以下实施例只是用于对本专利技术作进一步说明，不能理解为是对本专利技术所请求保护范围的限制。具体实施方式实施例1(1)将5mL钛酸四正丁酯与6.1mL三氟乙酸按摩尔比1：3混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到2.48gLiCl和3.1gKCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，400℃高温煅烧6h(见图1)；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其晶粒尺寸约为25nm(见图2)。其光催化降解罗丹明B的效率比商品二氧化钛P25高(见图5)。实施例2(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL三氟乙酸按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到2.48gLiCl和3.1gKCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，500℃高温煅烧6h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其电子顺磁共振谱图显示蓝色二氧化钛中含有大量的Ti3+(见图3)，说明本专利技术的制备方法可以获得高稳定的蓝色二氧化钛。其光催化降解罗丹明B的效率较商品二氧化钛P25高(见图5)。实施例3(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL三氟乙酸按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到3.57gLiNO3和5.76gKNO3熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，600℃高温煅烧3h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其X射线光电子能图显示蓝色二氧化钛中含有Ti3+(见图4)，说明本专利技术的制备方法可以获得稳定性良好的蓝色二氧化钛。其光催化降解罗丹明B的效率优于商品二氧化钛P25(见图5)。实施例4(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL三氟乙醇按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到11gAlCl3和1gNaCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，200℃高温煅烧5h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其光催化降解罗丹明B的效率优于商品二氧化钛P25(见图5)。实施例5(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL三氟乙酸乙酯按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到11gAlCl3和1gNaCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，700℃高温煅烧5h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其光催化降解罗丹明B的效率优于商品二氧化钛P25。实施例6(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL二氟乙酸按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到2.48gLiCl和3.1gKCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，400℃高温煅烧1h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其光催化降解罗丹明B的效率优于商品二氧化钛P25。实施例7(1)将5mL钛酸四正丁酯与12.2mL二氟乙酸乙酯按摩尔比1：6混合，得到混合物；(2)将上述混合物加入到2.48gLiCl和3.1gKCl熔融盐中研磨均匀，然后置于马弗炉中，400℃高温煅烧1h；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛，其光催化降解罗丹明B的效率优于商品二氧化钛P25。本专利技术制备的蓝色TiO2与商品二氧化钛P25可见光催化活性对比：实验条件：20mg光催化剂，20mL罗丹明B溶液(浓度20mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝色二氧化钛的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：(1)将钛源与含氟有机化合物混合均匀，得到混合物；(2)将上述混合物与熔融盐研磨均匀，然后置于马弗炉中高温煅烧；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种蓝色二氧化钛的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：(1)将钛源与含氟有机化合物混合均匀，得到混合物；(2)将上述混合物与熔融盐研磨均匀，然后置于马弗炉中高温煅烧；(3)冷却后，用水洗涤，除去熔融盐，得到蓝色二氧化钛。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的钛源包括钛酸四正丁酯、钛酸四乙酯、四氯化钛、白色二氧化钛粉末、钛酸中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的含氟有机化合物选自三氟乙酸、二氟乙酸、氟乙酸、三氟乙醇、二氟乙醇、氟乙醇、三氟乙酸乙酯、二氟乙酸乙酯、氟乙酸乙酯、氟苯中的一种或几种...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥福，邹钰，杜梦凡，杨凯萌，蔡鑫鑫，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11