高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法技术

本发明专利技术为一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，它利用四氯化钛或硫酸钛经稀释后，以氨水调整至ｐＨ＝７．０～９．０之间产生氢氧化钛，经水洗过滤后，加入氧化剂／酸（包括无机酸及有机酸）／改质剂及界面活性剂，配合操作条件，所形成的二氧化钛纳米级粉粒溶胶水溶液，其产品藉由加工应用于被处理物表面，经烘烤或阴干后在被处理物表面形成吸附良好的薄膜，具有光触媒或自净的作用。本发明专利技术为可因操作条件及浓度呈现无色至（金）黄色溶胶液体，二氧化钛含量为０．５～１０％，二氧化钛纳米粉粒粒径依操作条件而变，粒径分布为２～５００ｎｍ，粒径为２～２０ｎｍ的二氧化钛纳米粉粒具光触媒作用力，粒径为２０～５００ｎｍ的二氧化钛纳米粉粒具有自净的作用力。

【技术实现步骤摘要】
高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法
本专利技术提供一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，属于一种吸附力强/容易形成稳定薄膜的二氧化钛(TiO2)纳米粉粒溶液的合成方法，更直接说，本专利技术是一种利用化学处理程序，合成高吸附力/容易形成稳定薄膜纳米级(Nano-meter scale)的二氧化钛溶胶水溶液，其颗粒分布在2～500nm范围，其中二氧化钛含量为0.5～10％。
技术介绍
从公元1970年代开始，我们可以在学术文献上看到大量有关以二氧化钛制造半导体的研究，其内容大部分是以现有化学药品(特别是二氧化钛粒子)为其材料，探讨其光化学反应及半导体反应的研究，其中可以明显确认结晶结构型态及颗粒大小，会明显影响其反应的进行及效率；根据文献，以锐钛矿或锐钛矿/金红石结构，颗粒在30nm以下的为佳，但是在所有论文中，几乎没有谈到二氧化钛的合成方法及其产品的规格特性，公元1990年起，二氧化钛光触媒在环境清洁的应用大受重视，并在1997年进入实用阶段，但其多数集中在应用技术的开发，甚少有关合成方法的研究，但事实上，合成方法对于光触媒的处理效果，确实影响很大。根据文献，二氧化钛光触媒的合成方法，多以化学合成法作成微粒子状二氧化钛为主，虽然有很多二氧化钛的制造是以研磨粉碎法制作(最常见的是以Degussa公司生产的P-25以研磨粉碎法制作)，但此方法所制造的二氧化钛粒子其颗粒大小不均(10～500nm均有)且结晶型态不合，只可当作涂料/化妆品/修正液等之用，无法有效发挥光触媒或表面自净的功效，虽然有些研磨过程略有修正，如导入超音波震荡的超音波研磨法或加入酸液的化学研磨法等，可以改善颗粒大小及均匀性，但其作用有限，对于结晶结构的型态则没明显作用，故其成效有限，而其成品的应用范围不变。至于化学合成法部分，又以液态合成为主，虽然有文献提到以气态化学沉积法(Chemical Vapor Deposition：CVD)生成二氧化钛光触媒皮膜，其生成物安定、纯度高且光触媒效果明显，但制作成本昂贵且只适用特定产品，故无-->法应用于大量生产。液态合成法中又分有机溶剂法及水溶液法二种，而以水溶液法为优先，其中，有机溶剂法就是以钛的烷氧化物〔Ti-oxyalkyl：Ti(OR)4〕在不同的溶剂中，经不同的加热条件形成二氧化钛(粉末或皮膜)的做法，此部份包括日本特开平4-83537号公报，将烷氧化钛在乙二醇中加热，特开平7-10037号公报，烷氧化钛在醇胺类中加热等，可得到二氧化钛，但由于烷氧化钛的价格昂贵，而操作又须在高温、高压下进行，故一般只用于生产工业化学用的触媒，才使用此方法，至于民生用品成本考量，无法使用此合成方法。以水溶液合成方法，多以日本专利或日本发表的现有技术作法为主，包括特开平7-171408号公报，在四氯化钛溶液中加入胶粘剂后加热；或特开平6-293519号公报记载，直接将四氯化钛水溶液在PH≤3的条件中加热形成二氧化钛的溶胶，这种做法的最大缺点为形成的溶胶液中含大量氯离子，导致溶胶的安定性不良，易于分解沉淀，特开平9-71418号公报则在钛的氢氧化物水溶液中加入双氧水在PH＝6-8的条件下低温反应，或特开昭62-252319号公报在钛的氢氧化物中加入双氧水在PH＝2-6的条件下长时间低温反应，所产生的二氧化钛溶胶，其颗粒虽已达纳米级(10nm范围)，但由于结晶以非晶态为主，虽可做表面处理之用，但光触媒的作用不佳，特开平7-28614号公报中以过氧化钛酸加热及特许285993号公报中将氢氧化钛水溶液在低温下加入双氧水，再升高温度反应，所形成的二氧化钛溶胶，虽具光触媒作用，但由于受限于双氧水特性，其浓度只限在2％以下，造成使用上困扰。中国台湾第135895号专利，专利内容为在四氯化钛水溶液中加入有机酸后在70℃以上加热反应形成锐钛矿，其生成物无论结晶型态及颗粒分布皆合乎光触媒的要求，但溶液中的氯含量很高(10克/升以上)，成品安定性为主要瓶颈所在，专利号码349981号，其专利揭诸的是将四氯化钛以氨水在PH＝2-6中反应，将沉淀物(氢氧化钛或正钛酸)过滤、清洗，在低温(5～8℃)下加入双氧水，长时间低温搅拌，所得为非晶态二氧化钛，和本案无关。专利号：393342是将硫酸钛加热形成二氧化钛，再以单质酸(如硝酸等)加入，以洗去残留的硫酸根并将二氧化钛部份溶解以降低其粒径，此做法亦和本案完全无关，专利号：443992则是提供形成二氧化钛皮膜的方法，而非形成溶胶的方法。另一溶液合成方法，乃是运用一系列的工艺设定，合成纳米级具光触媒功能的二氧化钛溶胶的流程，其内容包括稀释、中和、洗净、转化及熟化等五大-->程序(其中前三步骤为现有技术作法)，使得纳米级光触媒功能的二氧化钛溶胶生产成为安定/可量产化的成熟化工程序，但也仅止于二氧化钛溶胶的形成，并未针对后工艺或被处理对象的特性提出因应的道或改质。综合上述专利内容，更可以发现，所有合成专利均锁定在二氧化钛溶胶的形成，并未包括后工艺、或对被处理对象的特性作必要的调整，导致二氧化钛溶胶在使用上面临吸附不良及长期安定性不佳的质疑，使得其应用性大受限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，本专利技术是引用现有技术工艺，将钛的化合物在适当的酸液中经溶解稀释(稀释程序)、pH调整(中和程序)及洗净(洗净程序)，得到氢氧化钛或正钛酸的洗净固体沉淀(以上三步骤为现有技术作法)后，利用一系列的工艺设定，合成具有自净(Self-cleaning：不易沾污、容易清洗)或光触媒(Photo-catalyst)作用，而吸附力强/容易形成稳定薄膜的二氧化钛溶胶流程。内容包括：程序一：将洗净的正钛酸在水中搅拌混合均匀后，加入选定的氧化剂或适当的酸(包括无机酸及有机酸)，并同时加入改质剂及界面活性剂(依需要时加入)，在下面将要描述的特定条件下进行转化(转化程序)；程序二：将上述液体在设定温度、时间条件下持续反应，并依产品类别以如下面所述的不同条件进行熟化，以产生具光触媒功能的二氧化钛溶胶，或具自净能力的表面抗污/自净处理剂(熟化程序)；程序三：上述反应后的液体调整、过滤后装瓶，即成成品。如图1所示，本专利技术是一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，针对一般二氧化钛溶胶水溶液，其成品吸附/成膜性不佳的现象加以改善，所发展出来利用一系列工艺设定，合成纳米级具光触媒功能或表面自净的二氧化钛溶胶流程，包括转化及熟化等两大重点；转化工艺是将洗净的氢氧化钛1(或称正钛酸)滤饼10置入去离子水中11，搅拌分散均匀后，依需要加入氧化剂2或无机酸21，并同时加入改质剂3及必要-->的界面活性剂4，本专利技术中可使用的氧化剂2包括过氯酸、过碘酸、高锰酸钾、高锰酸钠及硝酸等，其添加浓度自1克/升至200克/升，所使用的无机酸21则包括碘化氢、溴化氢、盐酸、过氯酸、硫酸、硝酸、磷酸、过碘酸等，其添加量为1毫升/升～120毫升/升，所使用的有机酸则包括草酸、柠檬酸、苦味酸、甲酸、醋酸、苯甲酸、水杨酸等及其衍生的铵盐化合物，其添加浓度自0.1克/升至150克/升，所使用的改质剂3依处理对象不同，包括硅酸(Silicate)、多元氯化铝(Poly-aluminum chlori本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，包括：将钛的化合物在适当的酸液中经溶解稀释、ｐＨ调整及洗净，得到氢氧化钛或正钛酸的洗净固体沉淀后，经下述工艺，合成纳米级具光触媒功能或自净功能的结晶型二氧化钛溶胶的方法，内容包括：（ｉ）转化 程序：将洗净的正钛酸在纯水（去离子水）中搅拌混合均匀后，加入选定的氧化剂或无机酸，并同时加入改质剂，在特定条件下进行转化；（ｉｉ）熟化程序：将经过转化的溶液依设定的温度、时间进行熟化；熟化完成的溶胶，经过ｐＨ调整／过滤／分装 即为成品。

【技术特征摘要】
1、一种高吸附性二氧化钛纳米粉粒溶液合成方法，包括：将钛的化合物在适当的酸液中经溶解稀释、pH调整及洗净，得到氢氧化钛或正钛酸的洗净固体沉淀后，经下述工艺，合成纳米级具光触媒功能或自净功能的结晶型二氧化钛溶胶的方法，内容包括：(i)转化程序：将洗净的正钛酸在纯水(去离子水)中搅拌混合均匀后，加入选定的氧化剂或无机酸，并同时加入改质剂，在特定条件下进行转化；(ii)熟化程序：将经过转化的溶液依设定的温度、时间进行熟化；熟化完成的溶胶，经过pH调整/过滤/分装即为成品。2、如权利要求1所述的方法，其中钛的化合物为洗净的氢氧化钛或正钛酸。3、如权利要求1或2所述的方法，其中洗净过滤后的滤饼加入定量的纯水中搅拌混合均匀后，加入选定的氧化剂或无机酸及改质剂/界面活性剂以进行转化程序。4、如权利要求1或2所述的方法，转化所使用的氧化剂包括过氯酸、过碘酸、高锰酸钠、高锰酸钾、硝酸，其中氧化剂的添加量为1～200克/升。5、如权利要求1或2所述的方法，转化所使用的无机酸为过氯酸、过碘酸、硝酸、磷酸、盐酸、硫酸、溴化氢、碘化氢，其中转化所使用的无机酸添加量为1～120毫升/升。6、如权利要求1或2所述的方法，转化所使用的有机酸为草酸、柠檬酸、苦味酸、甲酸、醋酸、苯甲酸、水杨酸等及其衍生的铵盐化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文泉，
申请(专利权)人：刘文泉，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]