一种纳米片组装的花状磷酸钛微球及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米片组装的花状磷酸钛微球，微球的粒径范围为1.0～4.0μm，纳米片的厚度为5～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构，磷酸钛微球为非晶态结构。其制备方法为：将钛源(钛板、钛丝、钛粉等)添加到含有一定量磷酸根的双氧水溶液中，在70～90℃下保温12～72小时后分离取出,经去离子水清洗，干燥，即可得到。本发明专利技术无需高温高压的水热环境，在低温环境下，通过双氧水氧化法一步获得纳米片组装的花状磷酸钛微球，制备工艺操作简单、成本低、无模板、环境友好，可广泛应用于生物医用材料、超亲水/超疏水涂层、太阳能电池、水处理催化剂等众多领域。

Flower shaped titanium phosphate microsphere assembled by nano chip and preparation method thereof

The invention discloses a flower-like titanium phosphate microsphere assembled by a nanosheet. The diameter of the microsphere ranges from 1.0 to 4.0 micron, the thickness of the nanosheet is 5 to 50 nm, the pore between the nanosheets is 100 to 200 nm, the nanosheet is assembled into a flower-like spherical structure in a radial form, and the titanium phosphate microsphere is an amorphous structure. The preparation method is that the titanium source (titanium plate, titanium wire, titanium powder, etc.) is added to the hydrogen peroxide solution containing a certain amount of phosphate radical, and is separated and taken out after holding for 12-72 hours at 70-90 C, and then washed and dried with deionized water. The invention needs no hydrothermal environment of high temperature and high pressure, and obtains flower-like titanium phosphate microspheres assembled by nanosheets in one step under low temperature by hydrogen peroxide oxidation method. The preparation process is simple, low cost, template-free and environmentally friendly, and can be widely used in biomedical materials, super-hydrophilic/super-hydrophobic coatings, solar cells and water. Treatment of catalysts and many other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米片组装的花状磷酸钛微球及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米片组装的花状磷酸钛微球，以及这种微球的制备方法。
技术介绍
作为一种新型无机材料，磷酸钛(TiP)的主要型号有α、(β+γ)、γ、(α+γ)等，粒径一般在10μm以下，具有无毒、耐酸、耐碱、抗辐射、增白效果好以及耐热阻燃等优点。可作为颜料和填料应用于涂料、橡胶、塑料和造纸等领域，也可作为催化剂应用于石油化工和有机合成。近年来，随着对微纳米微球研究的不断深入，各种形貌结构的磷酸钛合成方法相继报道并逐渐引起人们的广泛兴趣。目前已经得到的磷酸钛的表面形貌有层状、纳米棒、纳米片及纳米花状结构。制备方法主要采用溶胶凝胶法、水热法和沉淀法。专利技术专利CN101033062A公开了一种层状磷酸钛的制备方法，但是该方法需要高温高压的环境，能耗大，操作复杂。专利技术专利CN103626145A公开了一种花状磷酸钛纳米材料的制备方法，克服了对操作环境要求高、操作复杂的问题，但是该方法使用钛醇盐为钛源，存在易水解、形貌结构难控制、环境友好性差等不足。为了克服以上专利技术中的不足，本专利技术采用一种操作简单、成本低、无模板、环境友好的一步双氧水氧化法制备形貌可控的花状磷酸钛微球，具有微纳两级阶层结构、结构稳定、比表面积大等特点，预期这种纳米片组装的花状磷酸钛微球可用于生物医用材料、超亲水/超疏水涂层、太阳能电池、水处理催化剂等众多领域。
技术实现思路
本专利技术公开了一种纳米片组装的花状磷酸钛微球，以及这种微球的制备方法。本专利技术所公开的纳米片组装的花状磷酸钛微球,微球的粒径范围为1.0～4.0μm，纳米片的厚度为5～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构，磷酸钛微球为非晶态结构。本专利技术所公开的花状磷酸钛微球的制备方法，其特点是所需反应温度低、操作简单、成本低、无模板、环境友好。本专利技术的纳米片组装的花状磷酸钛微球的制备方法，其采用的具体技术方案如下：步骤一：作将质量浓度为35～40％的氢氟酸、质量浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1:3:6混合，得酸洗液；步骤二：用步骤一中的酸洗液对商业纯钛酸洗后，用去离子水超声清洗干净；优选的，所述钛源的为钛板、钛丝，也可以为钛粉，但是钛粉不做酸洗处理；步骤三：在质量浓度为10～30％的双氧水溶液中添加磷酸或含磷化合物，得混合溶液，使溶液中最终磷酸根含量为40～200ppm；步骤四：将步骤二中的钛粉及清洗干净的钛板、钛丝等商业纯钛，加入到步骤三中的混合溶液中，超声震荡充分混合，密封后在70～90℃下保温12～72h，当反应溶液中出现白色悬浊液时，停止加热；步骤五：对步骤四中悬浊液，经离心或过滤分离收集沉淀、水洗、醇洗、干燥、研磨后，得到纳米片组装的花状磷酸钛微球。优选地，所述步骤一中，氢氟酸的质量浓度具体为40％，硝酸的质量浓度具体为68％；优选地，所述步骤二中，商业纯钛是指商用钛板、钛丝或钛粉；优选地，所述步骤三中，双氧水溶液质量浓度具体为30％；优选地，所述步骤三中，磷酸根来源于磷酸水溶液或含磷化合物如磷酸钠、磷酸钾、磷酸一氢钠和磷酸二氢钠等等中的至少一种，最终溶液中磷酸根含量为40～200ppm；优选地，所述步骤四中，反应温度具体为80℃；优选地，所述步骤五中，离心转速具体为8000rpm，离心时间具体为5min。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术以商业纯钛如钛板、钛丝或钛粉为钛源，以磷酸或含磷化合物为磷源，在低温下，经双氧水一步氧化处理，再经简单离心、干燥、研磨，首次实现了纳米片组装的花状磷酸钛微球的制备；2、本专利技术无需高温高压的水热环境，所需反应温度低、操作简单、成本低、无模板、环境友好，预期在生物医用材料、超亲水/超疏水涂层、太阳能电池、水处理催化剂等领域有广泛的应用。附图说明图1为本专利技术具体实施例1制备的纳米片组装的花状磷酸钛微球扫描电镜照片(放大倍数×3000)；图2为本专利技术具体实施例1制备的纳米片组装的花状磷酸钛微球扫描电镜照片(放大倍数×10000)；图3为本专利技术具体实施例1制备的纳米片组装的花状磷酸钛微球能谱图；图4为本专利技术具体实施例1制备的纳米片组装的花状磷酸钛微球在煅烧前后的X射线衍射图：(a)900℃煅烧前为非晶态；(b)900℃煅烧后。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但不仅限于下列实例。实施例1：本实施例中的磷酸钛微球，由非晶态磷酸钛纳米片组装而成。微球的粒径范围为1.0～3.0μm，纳米片的厚度为5～30nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构。(1)将质量浓度为40％的氢氟酸、质量浓度为68％的硝酸与去离子水按体积比1:3:6混合，得酸洗液；(2)用酸洗液对尺寸为2×2×0.01(cm3)的钛板进行酸洗，然后用去离子水超声清洗、干燥；(3)在100ml质量浓度为30％的双氧水溶液中，添加2μl质量浓度为85％的磷酸，使得混合溶液中磷酸根含量达到40ppm；(4)将清洗干净的钛板放入到混合溶液中，超声震荡充分混合，密封后，在烘箱中80℃温度下保温72h，得到白色悬浊液；(5)对悬浊液进行离心收集得到沉淀，经水洗、醇洗、干燥、研磨后，得到纳米片组装的花状磷酸钛微球。实施例2：本实施例中的磷酸钛微球，由非晶态磷酸钛纳米片组装而成。微球的粒径范围为2.0～4.0μm，纳米片的厚度为20～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构。(1)将质量浓度为40％的氢氟酸、质量浓度为68％的硝酸与去离子水按体积比1:3:6混合，得酸洗液；(2)用酸洗液对尺寸为2×2×0.01(cm3)的钛板进行酸洗，然后用去离子水超声清洗、干燥；(3)在100ml质量浓度为30％的双氧水溶液中，添加345mg磷酸钠，充分混合后，使得混合溶液中磷酸根含量达到200ppm；(4)将清洗干净的钛板放入到混合溶液中，超声震荡充分混合，密封后，在烘箱中80℃温度下保温72h，得到白色悬浊液；(5)对悬浊液进行离心收集得到沉淀，经水洗、醇洗、干燥、研磨后，得到纳米片组装的花状磷酸钛微球。实施例3：本实施例中的磷酸钛微球，由非晶态磷酸钛纳米片组装而成。微球的粒径范围为1.0～3.0μm，纳米片的厚度为5～30nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构。(1)将质量浓度为40％的氢氟酸、质量浓度为68％的硝酸与去离子水按体积比1:3:6混合，得酸洗液；(2)用酸洗液对钛丝进行酸洗，然后用去离子水超声清洗、干燥；(3)在100ml质量浓度为30％的双氧水溶液中，添加2μl质量浓度为85％的磷酸，使得混合溶液中磷酸根含量达到40ppm；(4)取50mg清洗干净的钛丝加入到混合溶液中，超声震荡充分混合，密封后，在烘箱中80℃温度下保温48h，得到白色悬浊液；(5)对悬浊液进行离心收集得到沉淀，经水洗、醇洗、干燥、研磨后，得到纳米片组装的花状磷酸钛微球。实施例4：本实施例中的磷酸钛微球，由非晶态磷酸钛纳米片组装而成。微球的粒径范围为2.0～4.0μm，纳米片的厚度为20～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构。(1)将质量浓度为40％的氢氟酸、质量浓度为6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米片组装的花状磷酸钛微球，其特征在于，微球的粒径范围为1.0～4.0μm，纳米片的厚度为5～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构，磷酸钛微球为非晶态结构。

【技术特征摘要】
1.一种纳米片组装的花状磷酸钛微球，其特征在于，微球的粒径范围为1.0～4.0μm，纳米片的厚度为5～50nm，纳米片间孔隙为100～200nm，纳米片呈辐射状组装成花状球形结构，磷酸钛微球为非晶态结构。2.如权利要求1所述的花状磷酸钛微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将质量浓度为35～40％的氢氟酸、质量浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1:3:6混合，得酸洗液；步骤二：用步骤一中的酸洗液对商业纯钛酸洗后，用去离子水超声清洗干净；如果是钛粉作为钛源，则不做酸洗处理；步骤三：在双氧水溶液中添加磷酸或含磷化合物，得到含有一定量磷酸根的混合溶液；步骤四：将步骤二中的钛粉及清洗干净的钛源，加入到步骤三中的混合溶液中，超声震荡充分混合，密封后在70～90℃下保...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢婷利，曾庆岩，王坤，陈强，武祥龙，汪焰恩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61