由偏钛酸制备金红石型纳米Ti0*的方法技术

一种制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其制备方法如下：按水∶偏钛酸的质量比为１～３∶１的比例配制偏钛酸溶液，按Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］∶Ｔｉ的４～１０∶１摩尔比例加入浓硫酸，进行加热溶解，然后逐滴加入Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］溶液，直到ｐＨ等于０左右，过滤，在滤液中逐滴加入Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］溶液，直到ｐＨ等于７以上，并一边搅拌，一边加入含羧基或羟基的有机物修饰剂，有机物修饰剂中的ＯＨ∶偏钛酸的摩尔比在１／７～１／１２之间，在１０～９５℃老化０．５～４ｈ。用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于２０ｍＳ／ｍ，过滤得滤饼，加入浓盐酸和蒸馏水使溶液的ｐＨ值为０．８以下，然后在室温下老化１～４小时；将老化后的悬浮液水解釜中，在１００～２４０℃反应１０～１８ｈ后得到金红石型纳米二氧化钛。本方法具有成本低、反应条件温和、反应易于控制、工艺和流程简便的优点。

【技术实现步骤摘要】
由偏钛酸制备金红石型纳米TiO2的方法
本专利技术涉及一种制备金红石型纳米二氧化钛的方法，特指以偏钛酸为原料、用浓硫酸进行加热溶解，添加含羧基或羟基的有机化合物、水热合成法制备金红石型纳米二氧化钛的方法。
技术介绍
纳米二氧化钛由于其独特的性质，从而得到了广泛应用，例如用作白色颜料、紫外屏蔽剂，光催化剂，光电电池材料，催化剂等。合成纳米二氧化钛的方法有许多，例如液相沉淀煅烧法，溶胶-凝胶法、醇盐水解法、微乳化法、气相法、水热合成法。这些方法通常用醇钛盐、四氯化钛和硫酸钛等作为起始反应物。其中液相煅烧法反应后的沉淀需经高温煅烧，反应温度高：溶胶-凝胶法、醇盐水解法、微乳化法成本高，反应时间长，并经高温煅烧，易造成粒子间团聚；气相法一次性投资大，工艺复杂并且技术要求高；水热法具有使晶粒发育完全，粒子团聚少，反应温度低等特点。不同的合成过程制备出的纳米二氧化钛的物理化学性质也不同。含羟基、羧基、氨基的有机物或聚合物等有机修饰剂广泛应用于制备超细微晶，控制微晶的形貌和性质。目前有用含羟基、羧基、氨基的有机物或聚合物作为修饰剂来制备超细金红石型纳米二氧化钛的文献。例如专利200510038935.X，其也是由以含羧基或羟基的有机化合物为修饰剂来制备超细金红石型纳米二氧化钛，但是以四氯化钛为原料，经检索，目前无以含羧基或羟基为修饰剂由偏钛酸来制备金红石型纳米TiO2的报道和专利文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出了一种以偏钛酸为原料、用硫酸加热溶解，通过添加羧基或羟基有机物为修饰剂、水热合成法制备金红石型纳米二氧化钛的方法，以克服上述缺陷。其制备方法如下：按水∶偏钛酸的质量比为1～3∶1的比例配制偏钛酸溶液，按H2SO4∶Ti的4～10∶1摩尔比例加入浓硫酸，并进行加热溶解，然后逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于0左右，过滤，在滤液中逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于7以上。加入碱液以后，一边搅拌，一边加入含羧基或羟基的有机物修饰剂，含羧基或羟基的有机物修饰剂为丁二酸、苯甲酸、甲酸、月桂酸、柠檬酸、草酸、乙酸、甘油、没食子酸、酒石酸中的一种，有机物修饰剂中的OH∶偏钛酸的摩尔比在1/7～1/12之间，在10～95℃老化0.5～4h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，过滤得滤饼，加入浓盐酸和蒸馏水使溶液的pH值为0.8以下，然后在室温下老化1～4小时：将老化后的悬浮液放入水解釜中，在100～240℃C反应10～18h后得到金红石型纳米二氧化钛。用此方法制备的金红石型纳米二氧化钛，颗粒为棒状。本方法具有成本低、反应条件温和、反应易于控制、上艺和流程简便、反应温度低等优点。上述制备方法采用如下的工艺参数为最佳：按水∶偏钛酸的质量比为1.5∶1的比例配制偏钛酸溶液，按H2SO4∶Ti的6.5∶1摩尔比加入浓硫酸，并进行加热溶解，然后逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于0，过滤，在滤液中逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于9。加入碱液以后，一边搅拌，一边按有机物修饰剂中OH∶偏钛酸的摩尔比为1/10的比例加入含羧基或羟基的有机物修饰剂，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为18mS/m，过滤得滤饼，-->羧基或羟基的有机物修饰剂，在60℃老化1h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为18mS/m，过滤得滤饼，加入浓盐酸和蒸馏水使溶液的pH值为0.4，然后在室温下老化3小时；将老化后的悬浮液放入水解釜中，在220℃反应18h后得到金红石型纳米二氧化钛。附图说明图R1：丁二酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R2：苯甲酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R3：甲酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R4：月桂酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R5：柠檬酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R6：草酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R7：乙酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R8：甘油为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R9：没食子酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片图R10：酒石酸为表面修饰剂的金红石型纳米二氧化钛产品的TEM照片具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。实例1如图R1称取30g偏钛酸，加蒸馏水30ml配成悬浮液，向其中加入浓硫酸30ml，80℃水浴溶解，然后逐滴加入的Na2CO3水溶液，至pH＝0.07时进行抽滤，再向滤液中逐滴加入的Na2CO3水溶液，直到pH等于9.26。加入碱液以后，一边搅拌，一边加入0.7870g丁二酸。在15℃C老化4h。用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为18mS/m，然后抽滤得滤饼，称取其中滤饼21.7158g，加入浓盐酸(HCl，38％)和蒸馏水直到总体积100ml，pH为0.39。然后在室温下老化4小时。将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在100℃反应10h后得到金红石型纳米二氧化钛。产品经TEM分析，颗粒形状为棒状，颗粒长范围为23～133nm，平均长度为69.54nm，颗粒直径范围为15.38～38.46nm，平均直径为29.37nm。实例2如图R2，称取30g偏钛酸，加蒸馏水60ml配成悬浮液，向其中加入浓硫酸35ml，100℃水浴溶解，然后逐滴加入Na2CO3水溶液，至pH＝-0.07时进行抽滤，再向滤液中逐滴加入Na2CO3水溶液，直到pH等于9.14。加入碱液以后，一边搅拌，一边加入2.3009g的苯甲酸。在30℃老化1h。H蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为15mS/m，然后抽滤得滤饼，称取其中滤饼24.4867g，加入浓盐酸(HCl，38％)和蒸馏水直到总体积100ml，pH为0.39。然后在室温下老化3小时。将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在120℃反应11h后得到金红石型纳米二氧化钛。产品经TEM分析，颗粒形状为棒状，颗粒长范围为29.62～159.25nm，平均长度为82.85nm，颗粒直径范围为14.81～44.44nm，平均直径为26.38nm。实例3如图R3，称取30g偏钛酸，加蒸馏水90ml配成悬浮液，向其中加入浓硫酸72ml，80℃水浴溶解，然后逐滴加入Na2CO3水溶液，至pH＝0.07时进行抽滤，再向滤液中逐滴加入Na2CO3水溶液，直到pH等于9.24。加入碱液以后，一边搅拌，一边加入0.5ml的甲酸。在60℃老化2h。用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率为18mS/m.，然后抽滤得滤饼，称取其中滤饼18.9906g，加入浓盐酸(HCl，38％)和蒸馏水直到总体积100ml，pH为0.40。然后在室温下老化2小时。将老化后的悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在140℃反应12h.后得到金红石型纳米二氧化钛。产品经TEM分析，颗粒形状为棒状，颗-->粒长范围为17.94～102.56nm，平均为61.26nm，颗粒直径范围为10.25～41.02nm，平均为29.23nm。实例4如图R4，称取60g偏钛酸，加蒸馏水90ml配成悬浮液，向其中加入浓硫酸110ml，90℃水浴溶解，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
由偏钛酸制备金红石型纳米ＴｉＯ↓［２］的方法，其特征在于：按水∶偏钛酸的质量比为１～３∶１的比例配制偏钛酸溶液，按Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］∶Ｔｉ的４～１０∶１摩尔比例加入浓硫酸，并进行加热溶解，然后逐滴加入Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］溶液，直到ｐＨ等于０左右；过滤，在滤液中逐滴加入Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］溶液，直到ｐＨ等于７以上，加入碱液以后，一边搅拌，一边加入含羧基或羟基的有机物修饰剂，有机物修饰剂中的ＯＨ∶偏钛酸的摩尔比在１／７～１／１２之间，在１０～９５℃老化０．５～４ｈ；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于２０ｍＳ／ｍ，过滤得滤饼，加入浓盐酸和蒸馏水使溶液的ｐＨ值为０．８以下，然后在室温下老化１～４小时；将老化后的悬浮液放入水解釜中，在１００～２４０℃反应１０～１８ｈ后得到金红石型纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】
1、由偏钛酸制备金红石型纳米TiO2的方法，其特征在于：按水∶偏钛酸的质量比为1～3∶1的比例配制偏钛酸溶液，按H2SO4∶Ti的4～10∶1摩尔比例加入浓硫酸，并进行加热溶解，然后逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于0左右；过滤，在滤液中逐滴加入Na2CO3溶液，直到pH等于7以上，加入碱液以后，一边搅拌，一边加入含羧基或羟基的有机物修饰剂，有机物修饰剂中的OH∶偏钛酸的摩尔比在1/7～1/12之间，在10～95℃老化0.5～4h；用蒸馏水洗涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，过滤得滤饼，加入浓盐酸和蒸馏水使溶液的pH值为0.8以下，然后在室温下老化1～4小时；将老化后的悬浮液放入水解釜中，在100～240℃反应10～18h后得到金红石型纳米二氧化钛。2、根据权利要求1所述的一种由偏钛酸制备金红石型纳米TiO2的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷恒波，蒋银花，姜廷顺，谢吉民，姚恒平，奉辉，杨晋安，
申请(专利权)人：江苏大学，江苏太白集团公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]