一种超亲水二氧化钛中空微纳米球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水二氧化钛中空微纳米球的制备方法，步骤为：将聚苯乙烯球模板和TiCl3水溶液混合，加入螯合配位剂，转入水热反应釜内；将反应釜密封后放入预先加热的干燥箱内进行水热反应，所得固体产物用去离子水洗涤后，于50-58℃烘干；将烘干的固体产物进行煅烧，以去除模板，得到二氧化钛中空微纳米球。通过本发明专利技术的制备方法获得的二氧化钛材料具有在室内弱光环境下长期保持超亲水活性的特点，避免了紫外光对人体的伤害和对有机材料的老化破坏作用，减少了额外操作，在防雾和防凝露等方面具有有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化材料的
，具体涉及一种能够在室内弱光环境下长期保持超亲水活性的二氧化钛中空微纳米球的制备方法。
技术介绍
凝露、起雾是温度达到或非常接近露点温度时，高湿的气体在物体表面液化为液滴的现象。凝露和雾气凝结现象不但影响冰箱、酒柜、空调等家电产品的外观，还会吸附空气中的尘埃和杂物。长时间的凝露和雾气凝结会导致金属零件腐蚀生锈，塑料零件发臭发霉，降低家电产品的使用寿命，严重的还可以导致漏水甚至电气安全事故。目前家电产品防凝露、防雾气凝结的方法主要是根据需求在基体表面镀一层电热膜或增加专门的温控装置，通过提升基体表面温度使高温、高湿气体难以在表面凝结。该方法会额外增加电器产品的功耗和成本。—些半导体材料，如二氧化钛、氧化锌等，在紫外光照射下具有一定的净化和防雾能力，其在基体材料表面上的附着可以实现防凝露、防雾洁净功能。通常情况下，二氧化钛与水具有较大的接触角，但经紫外光照射后，水的接触角可减小到5度以下，甚至可以达到0度(即水滴完全浸润二氧化钛表面)，表现出非常强的亲水、亲油特性。停止光照后，表面超亲水性可持续数小时到一周，随后慢慢恢复到照射前的疏水、疏油状态，再用紫外光照射时又可表现出超亲水性。采用间歇紫外光照射就可使表面始终保持超亲水状态。但是该方法采用的紫外光对人体及塑料材料零部件均有破坏、老化作用，超亲水状态的维持需要额外的操作，不利于实际应用，并且同样存在额外的能量消耗问题。二氧化钛的亲水性，尤其是超亲水性在冰箱、冷柜、酒柜、空调等家电产品的防凝露及玻璃、墙体等的自清洁方面有重要应用，但目前并没有在室内弱光条件下自身具备长效超亲水活性的二氧化钛的制备方法。基于以上技术背景，通过对材料微观表面化学态和结构的控制，实现二氧化钛自身在室内弱光环境下长期保持超亲水活性，对于拓展其应用范围，提高冰箱、冷柜、空调等产品的性能，保障人体健康，降低能源消耗等具有积极意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种在室内弱光条件下具备长效超亲水活性的二氧化钛中空微纳米球的制备方法，对于推动二氧化钛的规模应用，及提高家电产品防凝露、防雾气凝结性能具有重要意义。，步骤为:1)将聚苯乙烯球模板和TiCl3水溶液混合，加入螯合配位剂，转入水热反应釜内；2)将反应釜密封后放入预先加热的干燥箱内进行水热反应，所得固体产物用去离子水洗涤，于50-58°C烘干；3)将烘干的固体产物进行煅烧，以去除模板，得到二氧化钛中空微纳米球。进一步的，所述TiClyK溶液的浓度为0.1-0.15mol/L ;所述聚苯乙烯球和TiCl 3的用量比为lg:45-65mmolo进一步的，所述聚苯乙稀球与螯合配位剂的质量比为1:1-8。进一步的，所述螯合配位剂为过硫酸钾。进一步的，步骤1)中反应混合液的总体积占整个水热反应釜容积的80-90%。进一步的，步骤2)中水热反应的反应温度为180-220°C，反应时间为3_6h。进一步的，步骤3)中煅烧过程为:以2-4°C /min的升温速率升至500°C并保温6_8h，然后再以1°C /min的升温速率升至600 °C并保温3_4h。进一步的，所述聚苯乙烯球的制备方法为:室温条件下，将苯乙烯加入到去离子水中搅拌均匀，向上述混合液中加入过硫酸钾进行反应，对所得固体样品进行洗涤，然后在50-60°C烘干，得到直径在200-800nm、单分散的聚苯乙烯球。进一步的，苯乙烯、去离子水和过硫酸钾的用量比例依次为8-12mL:100mL:0.25-0.5g0进一步的，聚苯乙烯球模板的合成反应过程为在搅拌条件下，以1°C /min的升温速率升至60-65 °C并保温6-24h。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是:通过本专利技术所公布的制备方法可获得在室内弱光条件下具备长效超亲水活性的二氧化钛材料；该材料在应用过程中无需额外的外部光源，避免了紫外光对人体的伤害和对有机材料的老化破坏作用，在防凝露和防雾气凝结方面有潜在应用价值。【附图说明】图1本专利技术中不同螯合配位剂用量条件下获得的样品的X射线衍射图；图2本专利技术中实施例1所得样品的扫描电子显微图像；图3本专利技术中实施例5所得样品的扫描电子显微图像；图4洁净铝箔及表面涂覆有实施例1-5中获得的二氧化钛中空微纳米球的铝箔表面水接触角的光学照片。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。为实现上述目的，本专利技术的一种亲水二氧化钛中空微纳米球的制备方法采用的技术方案为:在水热反应体系中引入模板剂和螯合配位剂，诱导钛离子的定向沉积和调控二氧化钛晶体生长基元的生长模式，通过煅烧去除内核后获得具有中空结构和广谱响应特性的二氧化钛微纳米球。具体步骤为:1)以自制的单分散、表面带有负电荷的聚苯乙烯球作为模板，将聚苯乙烯球模板和TiCl3水溶液混合，然后加入一定量的过硫酸钾作为螯合配位剂，然后转入水热反应釜内。2)将反应釜密封、标记，放入预先加热的干燥箱内进行水热反应，反应温度为180-220°C，反应时间为3-6h。反应结束后，将固体产物用去离子水彻底洗涤，于50-58°C下烘干。其中，水热反应中TiClyK溶液的浓度为0.1-0.15mol/L ;所述聚苯乙烯球、TiCl 3和过硫酸盐螯合配位剂的用量比为lg:45-65mmol:l_8g ;反应混合液的总体积占整个水热反应釜容积的80-90%。水热反应温度设置在180°C及以上温度条件有利于三价钛向四价钛转变，在模板表面形成Ti02晶核，并进行晶体生长。水热反应中过硫酸盐螯合剂会诱导Ti3+离子向模板表面的持续沉积，并会诱导二氧化钛的八面体生长基元按照“之”字生长模式转变为锐钛矿结构；“之”字生长模式会造成晶面缺陷结构概率增大，对二氧化钛的表面润湿性能产生显著影响。3)将所获固体产物置入马弗炉中进行煅烧，煅烧过程为:以2_4°C /min的升温速率升至500°C并保温6-8h，然后再以1°C /min的升温速率升至600°C并保温3_4h。随着煅烧温度的提高，二氧化钛结构中氧空位缺陷浓度提高，氧空位缺陷的大量生成和迀移为内核模板燃烧产生的烟气提供了向外扩散的通道，同时改变了二氧化钛的表面化学态，引起二氧化钛中空微纳米球对羟基基团和水的吸附能力大大提高。600°C温度下，内核模板会完全碳化转变为二氧化碳排出。由于模板在煅烧过程中会消耗氧，对二氧化钛结构中氧空位缺陷的形成有促进作用。其中，模板剂的制备方法为:室温条件下，将苯乙烯加入到去离子水中，800-1000r/min磁力搅拌。向上述混合液中加入过硫酸钾，使苯乙稀、去离子水和过硫酸钾的用量比例依次为8-12mL:100mL:0.25-0.5g，然后在搅拌条件下以1°C /min的升温速率升至60-65°C并保温6-24h。反应结束后，用去离子水洗涤所得固体样品，于50-60°C下烘干，获得直径在200-800nm、单分散的聚苯乙烯球，该模板表面因为带有HS04基团而带有负电荷。通过控制过硫酸钾的用量或者反应时间可以控制聚苯乙烯球的直径。本专利技术提供了，以表面带有负电荷的聚苯乙烯球为模板，以过硫酸钾为螯合配位剂，以三氯化钛为钛源，采用水热法进行晶体生长，并通过煅烧手段彻底去除模板，获得在室内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超亲水二氧化钛中空微纳米球的制备方法，其特征在于，步骤为：1）将聚苯乙烯球模板和TiCl3水溶液混合，加入螯合配位剂，转入水热反应釜内； 2）将反应釜密封后放入预先加热的干燥箱内进行水热反应，所得固体产物用去离子水洗涤，于50‑58℃烘干；3）将烘干的固体产物进行煅烧，以去除模板，得到二氧化钛中空微纳米球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝红，刘振宇，周晓东，范博慧，
申请(专利权)人：青岛海尔智能技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37