以正钛酸为原料低温制备金红石纳米二氧化钛制造技术

本发明专利技术公开了制备金红石型纳米二氧化钛的一种新方法，以正钛酸为原料，并在晶型转换剂和胶溶剂的作用下，在低温下制备出完全金红石型的纳米二氧化钛。该方法具有成本低、工艺简单和设备投资少的特点，可制得稳定性好、粒度均匀、分散性好的纳米二氧化钛。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
以正钛酸为原料低温制备金红石纳米二氧化钛本专利技术涉及纳米材料领域，更具体地，本专利技术涉及纳米二氧化钛颗粒的制备方法及其制得的纳米二氧化钛。专利技术背景TiO2纳米粉体作为一种重要的无机功能材料，它不仅可以作为吸附剂和催化剂载体[Haro-Paniatowski E,Rodriguez-Talavera,et al.J.Mater.Res.,1994,9(8):2102]、传感器[L.D.Birkefeld,A.M.Azad,and S.A.Akbar,J,Am.Ceram.Soc.,75,2961(1992)](TiO2对CO、H2极为敏感)，而且还可以和二氧化硅形成TiO2-SiO2纤维。此外，纳米TiO2又是许多电子器件的重要组成部分[吴新民等，无机材料学报，2001,16(1):159]。国内外合成纳米TiO2的方法主要有利用金属醇盐的水解和缩聚作用的溶胶-凝胶法(S-G方法)、气相法(CVD)、水热法[赵文宽等，物理化学学报，1998,14(50):424]和胶溶法[高荣杰等，金属学报，1996,32(10):1098]。人们利用这些方法，已经合成了均匀性好的TiO2凝胶及纳米TiO2粒子。然而，目前的纳米二氧化钛的制备方法还存在各种缺陷或不足。溶胶-凝胶法成本较高，CVD法则在技术和材质方面要求高，工艺复杂，投资大。相比较而言，胶溶法工艺简单得多，但缺点是原料为试剂级TiOSO4或Ti(SO4)2，来源少且价格不菲。用水热法能制得高纯度的二氧化钛，但对设备腐蚀严重，而且产物的晶粒也较大。因此，本领域迫切需要开发新的制备纳米二氧化钛的方法，该方法不仅能制得热稳定性好、粒度均匀、分散性好的金红石型纳米二氧化钛，而且能大大降低生产纳米TiO2的成本，且生产工艺简单，便于工业化生产。本专利技术人经过广泛而深入的研究，以正钛酸为原料，成功地制得了粒度均匀、分散性好的金红石型纳米二氧化钛。所提供的制备方法不仅大大降低生产纳米TiO2的成本，而且使生产工艺更为简单，便于工业化生产。-->附图说明图1纳米TiO2的透射电镜照片；图2样品TiO2的差热及失重分析曲线；图3TiO2的X射线衍射法谱图；本专利技术方法大致如下：将偏钛酸溶液加入碱液中(TiO2含量：NaOH含量=1∶0.8)，反应成为正钛酸钠，正钛酸钠与水反应，水解生成正钛酸和氢氧化钠，正钛酸用二次去离子水反复漂洗后，溶于浓硫酸中生成硫酸钛，然后把含有0.2％氧化锌、0.1％氧化镁等多种金属氧化物的晶型转化剂作为晶种，并保持温度在70～100℃下进行水解3h，水解后生成的纳米TiO2溶胶用碱液凝聚，凝聚后的凝胶用去离子水洗净硫酸根离子，用水洗去硫酸根和钠离子，可以提高纳米TiO2的透明性；再用盐酸胶溶，在氯离子的作用下使纳米TiO2的晶型转换更加完全。经过加热熟化后的胶体溶液，经离心机分离后，将浆状纳米TiO2在80-100℃，并且形成金红石型纳米TiO2。用本专利技术方法制得的纳米TiO2，呈现出良好的分散性且基本呈棒状，粒度分布范围狭窄，粒径范围为40-50nm。本专利技术通过直接水解法制得的金红石型纳米TiO2具有以下特点：1)以正钛酸为原料，成本低。2)所制得的纳米二氧化钛平均粒径约为40-50nm，并且是100％金红石型。因此，本专利技术的TiO2纳米粒子被认为一种很有应用前景的新型纳米材料。实施例粉体性能测试方法及仪器(1)用透射电镜(JEM-200 CX型透射电镜)观察样品的形貌并测估颗粒大小。(2)单一粉体和复合粉体的热分解特性由Shimadzu公司的50型热分析仪测得。(3)X射线衍射仪为日本理学2038型。实施例1用正钛酸制备纳米TiO2将700克偏钛酸溶液加入碱液中，反应成为正钛酸钠，正钛酸钠与水反应，水解-->生成正钛酸和氢氧化钠，其反应的化学方程式如下：    (Ⅰ)    (Ⅱ)正钛酸用二次去离子水反复漂洗后，溶于浓硫酸中生成硫酸钛，然后把含有0.2-0.3％氧化锌、0.1％-0.2氧化镁等多种金属氧化物的晶型转化剂作为晶种，并保持温度在70～100℃下进行水解3h，水解后生成的纳米TiO2溶胶用碱液凝聚，凝聚后的凝胶用去离子水洗净硫酸根离子，用水洗去硫酸根和钠离子；再用盐酸胶溶，在氯离子的作用下使纳米TiO2的晶型转换更加完全。经过加热熟化后的胶体溶液，经离心机分离后，将浆状纳米TiO2前驱体在80-100℃下进行干燥，并且形成金红石型纳米TiO2。样品的TEM照片电镜如图1，可看出其颗粒形貌。其形态大部分为长柱状，同时可见一些很小的菱形或平行四边形也可看出柱状晶，粒度分布范围狭窄，分散度很好。柱状纳米TiO2的出现与晶型转换剂有关，转换剂的存在使溶液中的颗粒胶团化不对称，常呈柱状，这种胶团有很好的稳定性。在随后的反应过程中，保留了胶团结构，由于非对称性而导致柱状形貌。实施例2干燥温度对二氧化钛晶型的影响在该实施例中，重复实施例1的制备程序，不同点仅在于改变了干燥温度。对制得的样品进行XRD分析。不同温度烧结1h的粉末样品的XRD谱线见于图3。在70℃下粉末的衍射峰就已经明显了。图3(a)几个峰相应于锐钛矿的(110)、(101)、(111)、(210)、(211)等晶面，而金红石型的特征峰太弱不能被X射线衍射仪检测。但仔细分析，还可见金红石型最强峰(101)位置有些凸起，只是量少强度太弱罢了。随着干燥温度的升高，样品中金红石和锐钛矿的衍射峰都逐渐敏锐，但衍射强度对比越来越大。根据锐钛矿和金红石型的最强衍射(101)R和(101)A的积分强度对比，可以计算出在70-80℃之间，两者的体积比约为95∶5(图3(b))。但在100℃干燥后，晶型已全部转化为金红石型(图3(c))。(注：图3中A表示锐钛矿，R代表金红石型)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于，它包括步骤：（１）将偏钛酸与强碱反应，形成碱金属正钛酸盐；然后进行水解，形成正钛酸，正钛酸再与浓硫酸反应，生成硫酸钛；（２）将硫酸钛在７０－１００℃下水解，生成纳米二氧化钛前驱体； （３）用盐酸对纳米二氧化钛前驱体进行胶溶后，洗涤凝胶至中性；（４）在８０－１００℃干燥后，获得纳米二氧化钛颗粒。

【技术特征摘要】
1．一种制备金红石型纳米二氧化钛的方法，其特征在于，它包括步骤：(1)将偏钛酸与强碱反应，形成碱金属正钛酸盐；然后进行水解，形成正钛酸，正钛酸再与浓硫酸反应，生成硫酸钛；(2)将硫酸钛在70-100℃下水解，生成纳米二氧化钛前驱体；(3)用盐酸对纳米二氧化钛前驱体进行胶溶后，洗涤凝胶至中性；(4)在80-100℃干燥后，获得纳米二氧化钛颗粒。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的正钛酸是用如下步骤制备的：将偏钛酸与强碱反应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝冰，
申请(专利权)人：张汝冰，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]