高效超细TiO2纳米颗粒及光催化纳米涂料制造技术

高效超细TiO2纳米颗粒及光催化纳米涂料，属于光催化材料技术领域。以TiCl3为钛源，醇为溶剂，在70‑180℃的水热釜中进行水热3‑12小时，获得的TiO2纳米颗粒。该TiO2纳米颗粒具有较高的比表面积和较高的光催化活性。以该TiO2纳米颗粒为主要功能成分开发了具有光催化活性水溶性和油溶性的纳米涂料。该涂料易于通过喷涂的方式涂覆在基底上，在太阳光下有效的去除水中和空气中的污染物。可用于建筑物，室内墙体，车辆表面，玻璃窗等载体表面做为自清洁涂层以及污染物消除，室内空气净化，户外空气净化均具有较好的效果，同时还具有较好的抗菌杀菌的作用。

Highly efficient ultrafine TiO2 nanoparticles and photocatalytic nanomaterials

High efficiency ultrafine TiO2 nanoparticles and photocatalytic nano coatings belong to the field of photocatalytic materials technology. TiCl3 was used as titanium source and alcohol as solvent. The nanoparticles were prepared by hydrothermal treatment in a hydrothermal kettle at 70 180 C for 3 12 hours. The TiO2 nanoparticles have high specific surface area and high photocatalytic activity. A water-soluble and oil-soluble nano-coatings with photocatalytic activity was developed with the nano-particles as the main functional component. The coating is easy to be sprayed on the substrate and effectively removes pollutants from water and air in sunlight. It can be used for building, indoor wall, vehicle surface, glass window and other carrier surface as self-cleaning coating and pollutant removal, indoor air purification, outdoor air purification have good effect, but also has a good antibacterial and bactericidal effect.

【技术实现步骤摘要】
高效超细TiO2纳米颗粒及光催化纳米涂料
本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种二氧化钛光催化涂料及其膜的制备方法。
技术介绍
二氧化钛作为一种常见的半导体材料，被广泛的应用于填料、染料、光电转换材料、光催化剂、催化剂载体等各个领域。随着纳米材料的发展，纳米尺寸的TiO2在光催化方面的应用引起了越来越多的研究。比如以二氧化钛为光催化剂在水质净化，室内空气净化，以及大气污染治理，自清洁涂层等等。这主要是由于二氧化钛具有独特的光化学性质所带来的广泛应用。二氧化钛做为半导体材料，可以吸收太阳光，产生光生的电子和空穴，光生电子与氧气分子反应生成超氧自由基，光生空穴与水分子反应可生成羟基自由基，以及光生空穴都具有非常强的氧化能力，统称为活性氧自由基。这些自由基具有非常强的氧化能力，可以氧化空气中的硫氧化物(SOx)，氮氧化物(NOx)，可挥发性有机化合物(VOC)，使这些污染物被进一步氧化达到空气净化的目的。另外在水中可以出去水中溶解的痕量有机化合物，如苯基化合物，含卤素的化合物，也可以利用光生电子还原水溶液中的重金属，达到水质净化的目的，还有，光照下产生的具有强氧化能力的自由基也可有效杀死基底表面吸附的细菌，起到杀菌的目的。在光照射下TiO2表面变为超亲水的表面，因此当液滴在TiO2表面会新城一层水膜，而不是独立的液滴，结合强氧化性能，可以做为自清洁的涂层应用于高层建筑的外表面和玻璃窗的表面起到自清洁的作用。光催化反应发生在固液或气固界面上，催化剂表界面对催化剂的活性有着重要的贡献。因此制备超细TiO2纳米颗粒将会有利于提高TiO2光催化效率。这主要是由于纳米化可使材料的比表面积增大，表面活性位点增多。TiO2纳米材料也被广泛的研究和开发，比如武汉大学报道了一种3-10纳米二氧化钛纳米晶光催化剂的方法(CN1583888A)。专利CN1850333A公开一种介孔二氧化钛光催化材料及其制备方法。介孔TiO2赋予了该材料的较高的比表面积100～300m2/g。专利CN1384165A公开了一种光催化透明亲水涂层的二氧化钛纳米涂料，在二氧化钛纳米颗粒(10-20纳米)分散液中引入有机硅作为粘结剂形成透明涂层。硅基粘结剂在一定程度上抑制光催化剂的性能。目前主要的TiO2纳米颗粒合成一种是以钛酸酯为原料在有机分子存在下热解或水热获得有机分散的TiO2纳米颗粒，然而成本较高，另一种是以无机钛酸盐水热会水解获得TiO2纳米结构，其多为粉体材料很难稳定的分散在溶剂中。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，该TiO2纳米颗粒的制备方法简单实用、颗粒尺寸小于3.0纳米、比表面积较高、光催化性能优异，可应用于废水和废气的处理，室内空气的净化及抗菌材料。本专利技术的另一目的在于利用这种高效光催化剂为主要成分制备了水基涂料，同时通过表面活性剂将TiO2颗粒转移至有机相中，制备了油性涂料，该涂料可以通过喷涂、刷涂、蘸涂等方式实施到基材上，该涂层展示了良好的光催化降解有机染料的性能。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，将TiCl3溶液加入到乙醇中，通过水热反应获得白色沉淀，然后进行乙醇洗涤，烘干即可得到超细的纳米颗粒，所获得的TiO2纳米颗粒的尺寸小于3纳米。而且所获得纳米粒子表面干净，没有有机官能基团，具有较高的光催化活性，另外，由于颗粒尺寸较小，因此其比表面积较高，可以达到300m2/g。其晶型可以通过反应条件控制为锐钛矿晶相或者金红石晶相，通过在制备时原料加入或不加入SnCl4水溶液的反应条件控制锐钛矿晶相或者金红石晶相。进一步优选为TiO2球形纳米粒子或TiO2纳米棒。优选地，每1-4毫升15-20wt％TiCl3水溶液对应加入到60毫升乙醇中进行反应，在室温下搅拌30分钟，然后醇热反应在70-180℃保温1-12小时，离心、洗涤、烘干获得TiO2球形纳米粒子。优选地，每1-4毫升15-20wt％TiCl3水溶液对应1-4毫升0-1M(优选0.5M)的SnCl4水溶液和60毫升乙醇，在室温下搅拌30分钟，然后醇热反应在70-180℃保温1-12小时，离心、洗涤、烘干获得TiO2纳米棒，所得TiO2纳米棒具有介孔。该方法克服了钛酸有机酯价格昂贵的缺点，而且不需要繁杂的洗涤步骤即可获得二氧化钛超细纳米颗粒的固体粉末。为了达到第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：二氧化钛超细纳米颗粒的固体粉末的水基涂料制备方法，将前面获得的二氧化钛超细纳米颗粒的固体粉末，直接加入到水中，其浓度控制在0.1-6g/L，经过超声分散，TiO2粉末非常容易重新分散到水中，形成透明的水溶液；该分散液可在室温下存储半年以上，如长时间防止有沉淀生成可在使用前摇匀或者超声处理。由此，可以直接制成高度分散的TiO2水分散液以及水基涂料。为了增加成膜性，可进一步加入水溶性聚合物，可以有助于TiO2涂层的成膜。优选地，每1～60mgTiO2纳米颗粒加入到10毫升的水中超声分散15-30分钟，获得透明的溶液；加入水溶性聚合物如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇、聚氧乙烯等，优选使聚合物的浓度为0.01-5g/L。获得稳定的TiO2纳米颗粒水分散涂料，进一步优选水溶性聚合物的加入形式为水溶液。二氧化钛超细纳米颗粒的固体粉末的油性涂料制备方法，将二氧化钛超细纳米颗粒的固体粉末和表面活性剂加入到有机溶剂中，制成TiO2有机溶剂分散涂料；在实施涂覆前加入少量成膜剂，辅助成膜。这里所采用的成膜剂为有机钛酸酯或为四氯化钛(采用乙醇有机溶剂时，加入四氯化钛，或者四氯化钛以乙醇溶液的形式加入，四氯化钛在乙醇中会形成钛酸乙醇酯，与加入钛酸四丁脂具有同等功效)，制得有机体系的油性涂料。优选地，每1-300mgTiO2纳米颗粒对应1–50mg表面活性剂，对应加入到100毫升的有机溶剂中超声分散15-30分钟，获得透明的分散液。同时对应在实施涂覆前加入0.1-10毫升钛酸四丁酯或对应的四氯化钛，形成TiO2纳米颗粒的油性涂料。表面活性剂选自磷酸基、磺酸基或氨基的离子型表面活性剂，进一步十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、以及非离子表面活性剂和嵌段共聚物。有机溶剂选自醇、酮、苯基、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺等常见溶剂。将所获得的水基涂料或油性涂料利用喷涂的方法涂覆在基质上，其中涂层的厚度涂料的浓度和喷涂的次数来决定。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供了一种简单、廉价的方法来制备锐钛矿的TiO2纳米粒子和金红石晶相的TiO2纳米棒。2、本专利技术的TiO2纳米颗粒可以很容易稳定分散到水或有机溶剂中。3、本专利技术的TiO2纳米颗粒可以用来制备高效的具有光催化性能的涂层，在太阳光或紫外光下实现对污染物和空气的净化。附图说明图1.为实施例1和2得到TiO2纳米颗粒的XRD图，其中线1为实施例1获得的锐钛矿TiO2纳米粒子，线2为实施例2获得的金红石相的TiO2纳米棒。图2为实施例1获得的TiO2纳米粒子的透射电镜及尺寸分布图。图3为实施例2获得的TiO2纳米棒的透射电镜及棒的透射电镜及纳米棒的直径和长度尺寸分布图。图4为实施例3获得的TiO2纳米棒的氮气吸脱附曲线及孔径分布曲线；(图中两条线，下面的是吸附曲线，上面的是脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，其特征在于，将TiCl3溶液加入到乙醇中，通过水热反应获得白色沉淀，然后进行乙醇洗涤，烘干即可得到超细的纳米颗粒，所获得的TiO2纳米颗粒的尺寸小于3纳米。

【技术特征摘要】
1.一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，其特征在于，将TiCl3溶液加入到乙醇中，通过水热反应获得白色沉淀，然后进行乙醇洗涤，烘干即可得到超细的纳米颗粒，所获得的TiO2纳米颗粒的尺寸小于3纳米。2.按照权利要求1所述的一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，其特征在于，其晶型通过反应条件控制为锐钛矿晶相或者金红石晶相，通过在制备时原料加入或不加入SnCl4水溶液的反应条件控制锐钛矿晶相或者金红石晶相。3.按照权利要求2所述的一种超细TiO2纳米颗粒的合成方法，其特征在于，每1-4毫升15-20wt％TiCl3水溶液对应加入到60毫升乙醇中进行反应，在室温下搅拌30分钟，然后醇热反应在70-180℃保温1-12小时，离心、洗涤、烘干获得TiO2球形纳米粒子；或每1-4毫升15-20wt％TiCl3水溶液对应1-4毫升0-1M(不为0)的SnCl4水溶液和60毫升乙醇，在室温下搅拌30分钟，然后醇热反应在70-180℃保温1-12小时，离心、洗涤、烘干获得TiO2纳米棒，所得TiO2纳米棒具有介孔。4.按照权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的超细TiO2纳米颗粒。5.包含权利要求4的超细TiO2纳米颗粒的涂料制备方法，其特征在于，涂料为水基涂料或油性涂料；其中水基涂料制备方法：将获得的超细TiO2纳米颗粒，直接加入到水中，其浓度控制在0.1-6g/L，经过超...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙再成，高祥，宗绪鹏，姜文帅，栾世梁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11