一种二氧化钛纳米粉的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛纳米粉的合成方法。该方法包括：在搅拌条件下，将钛酸酯滴入到冰乙酸中，混合均匀，然后加入长链烷基胺混合均匀，再加入甲酸溶液；将上述所得的物料转入到反应釜中反应，反应后经冷却取出，分离、洗涤，经干燥，得到二氧化钛纳米粉。该方法所得的二氧化钛纳米粉，晶体形貌整齐且为八面体、晶粒均匀，而且制备方法简单，易于量产。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛纳米粉的合成方法
本专利技术涉及一种二氧化钛纳米粉的合成方法，具体地涉及一种高光催化活性的二氧化钛纳米粉的合成方法。
技术介绍
由于环保法规的不断提高和人们对环保意识的增强，对于工业污染物的治理工作提出了更强的挑战，特别一些难以降解的污染物对人类生存环境和身体健康构成严重危害。为此，需要开发出更新的工艺去彻底治理污染物，实现零排放。以锐钛矿二氧化钛为主要催化剂的光催化降解技术对难降解的有机物具有强大的降解能力，此技术一直是研究的热点，其研究核心是制备出高活性的锐钛矿二氧化钛光催化材料。围绕锐钛矿二氧化钛材料的合成，以尺寸和形貌控制为核心内容，以高催化降解性能为目标，有大量文献进行了广泛的研究。TiO2合成方法非常多，大体可以分为气相法和液相法。气相法将TiCl4蒸汽与氧气在高温瞬间反应，制得二氧化钛粉，这种方法实验条件苛刻，需要温度高，对设备腐蚀性强。实际研究中多采用液相法，早期使用的是沉淀法、溶胶-凝胶法，可以很容易获得纳米级氧化钛粉末，而且可以实现工业连续生产。如CN97108439.4公开了一种均相沉淀法，用钛酸与尿素共沉淀获得二氧化钛，经焙烧后形成纳米氧化钛。这些方法虽可以得到锐钛矿相二氧化钛，但二氧化钛没有固定的形态，形貌不易控制，分散性差，易团聚，光催化活性差。微乳液和水热合成等液相法因能够控制二氧化钛的尺寸和形貌而获得一定的发展，如CN200810239755.1公开了一种氧化钛纳米带的水热合成方法，以氧化钛粉为钛源，在乙醇的NaOH或KOH等强碱溶液中在160℃～200℃反应一段时间，就可以获得带状的产物。缺点是产品尺寸太大，带长度达到微米级，宽度也有几十纳米。显然，二氧化钛颗粒的尺寸太大，不适合做光催化剂。CN101468812A公开了一种二氧化钛纳米棒的合成方法，将钛粉与有机溶剂（如无水乙醇、CCl4）、强碱溶液混合，微波加热至80～120℃后，与表面活性剂接触，快速合成氧化钛纳米棒，纳米棒长度150～200nm，直径5～10nm。CN200910040400.4公开了一种沉淀法合成二氧化钛胶体的方法，用硫酸氧钛作为前驱体，用氨水调节pH至碱性，再用双氧水调节pH值至酸性，可以获得高分散性的梭形二氧化钛纳米颗粒，具有较低的催化活性。CN201110352461.1公开了一种八面体形貌纳米二氧化钛的制备方法，采用水合肼或乙二胺作为螯合剂，经两步恒温，制得八面体二氧化钛。CN201110191437.4公开了一种具有正八面体的晶体形貌二氧化钛的合成方法，其采用碱性螯合剂和有机溶剂分别加入到溶液中，在230℃～270℃高温水热反应后，合成的二氧化钛粒径介于30至500nm之间。Yanghuagui文章（Nature，2008，453：638）报道了一种片层微米级二氧化钛晶体，特征是主要以（001）面裸露，尺寸单一，并带来了二氧化钛晶体形貌控制的热潮。其合成过程在HF溶液中，用四氟化钛作为前驱体的水热合成。而CN200910110851.0公开了一种在氢氟酸溶液中，用异丙醇钛作为氧化钛前驱体，形成纳米氧化钛片层的合成方法。水热合成的缺点一是形貌控制难，需要用具有很强的腐蚀性的强酸或强碱溶液；二是产量低，不适合大量产品的合成。因此，为克服以上缺点，产生了溶剂热法合成二氧化钛，在溶剂热法中二氧化钛的形貌控制是通过表面活性剂与溶剂互相配合来实现的。在相同溶剂下采用不同表面活性剂与在不同溶剂里采用相同表面活性剂，合成的二氧化钛形貌差别很大。由以上现有技术可以看出，水热合成法虽然能够控制氧化钛的形貌，但都是在强酸或强碱溶液作为溶剂，不易回收，具有很强的腐蚀性，造成环境污染。另外，水热法还有产量低和压力大等不利因素。特别在追求形貌控制时，开始溶液浓度都非常的低，所以产量低。在水热法基础上的溶剂热法，可以解决以上问题。CN201010531369.7公开了一种基于纳米棒和纳米颗粒组成的分等级二氧化钛微米球的制备方法。该方法是以钛化合物做钛源，有机酸作溶剂，通过溶剂热法和后热处理得到分等级的锐钛矿晶型的二氧化钛微米球。CN101618891A公开了以钛酸四丁酯为钛源、采用十二胺辅助油酸溶剂热技术，制备二氧化钛纳米棒自组装超点阵材料的方法。以上文献中合成的锐钛矿二氧化钛，其形貌和尺寸各异，而且形貌不整齐，晶粒大小分布不均，因此，目前仍需开发出形貌整齐、晶粒均匀，具有更高催化活性的二氧化钛材料。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种晶体形貌整齐且为八面体、晶粒均匀的二氧化钛纳米粉的合成方法。该方法得到的二氧化钛外貌为八面体形态且晶体形貌整齐、均匀，具有较高的光催化活性。该制备方法简单，易于量产。本专利技术提供的二氧化钛纳米粉的合成方法，包括：（1）在搅拌条件下，将钛酸酯滴入到冰乙酸中，混合均匀；（2）在搅拌条件下，将长链烷基胺加入到步骤（1）所得的溶液中，混合均匀；（3）将甲酸溶液加入到步骤（2）的溶液中，继续搅拌；（4）将步骤（3）所得的物料转入到反应釜中，在160℃~220℃，优选180℃~200℃温度下恒温6~48小时，优选6~36小时；（5）将步骤（4）所得的物料冷却后取出，分离、洗涤，然后经干燥，得到二氧化钛纳米粉。在步骤（5）所述的干燥之后，经焙烧，得到二氧化钛纳米粉。步骤（1）所述的钛酸酯选自钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四异丁酯中的一种或几种。步骤（1）所述的钛酸酯的加入量，按摩尔比计，冰乙酸与钛酸酯的摩尔比为1.0~10.0，优选3.0~5.5。步骤（2）所述的长链烷基胺选自油胺、十二胺中的一种或多种，优选油胺。步骤（2）所述的长链烷基胺的加入量，按摩尔比计，长链烷基胺与钛酸酯的摩尔比为0.5~4.5，优选为2.0~4.2。步骤（3）所述的甲酸溶液的质量浓度为50wt%~90wt%。步骤（3）所述的甲酸溶液加入量，按体积比计，甲酸溶液与冰乙酸的体积比为0.5~2.0，优选为1.0~1.5。步骤（3）所述的搅拌，搅拌时间为2.0~4.0小时。步骤（4）中，将步骤（3）所得的物料转入到反应釜中，可以在160℃~220℃温度下恒温12~48小时，也可以在180℃~200℃温度下恒温24~36小时。步骤（5）所述的冷却为将反应釜放在空气中自然冷却；所述的分离方法为离心分离或者抽滤分离；所述的洗涤采用的洗涤液为无水乙醇，洗涤次数为2～5次。步骤（5）所述的干燥条件为：干燥温度为80℃~100℃，干燥时间为12~48小时。在步骤（5）所述的干燥之后，经焙烧，得到二氧化钛纳米粉。所述的焙烧条件为：焙烧温度为350℃~600℃，焙烧时间为1~4小时。本专利技术方法制备的二氧化钛纳米粉，其晶体结构含有锐钛矿结构，而且以锐钛矿结构为主，二氧化钛的外观形貌为八面体，晶粒尺寸为40~160nm。进一步优选，晶粒度分布集中，粒度差值在50nm以下。本专利技术方法制备的二氧化钛纳米粉，其外形在透射电镜下呈平行四边形。本专利技术方法制备的二氧化钛纳米粉，其晶体结构为锐钛矿结构和板钛矿结构，板钛矿结构占30%以下，优选为10%～30%。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术方法制得的二氧化钛纳米粉的形貌为八面体形态，晶体尺寸在40~160nm纳米范围内，而且粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛纳米粉的合成方法，包括：（1）在搅拌条件下，将钛酸酯滴入到冰乙酸中，混合均匀；（2）在搅拌条件下，将长链烷基胺加入到步骤（1）所得的溶液中，混合均匀；（3）将甲酸溶液加入到步骤（2）的溶液中，继续搅拌；（4）将步骤（3）所得的物料转入到反应釜中，在160℃~220℃温度下恒温6~48小时，优选反应条件如下：180℃~200℃温度下恒温6~36小时；（5）将步骤（4）所得的物料冷却后取出，分离、洗涤，然后经干燥，得到二氧化钛纳米粉。

【技术特征摘要】
2015.11.13 CN 201510773843X1.一种二氧化钛纳米粉的合成方法，包括：（1）在搅拌条件下，将钛酸酯滴入到冰乙酸中，混合均匀；（2）在搅拌条件下，将长链烷基胺加入到步骤（1）所得的溶液中，混合均匀；（3）将甲酸溶液加入到步骤（2）的溶液中，继续搅拌；（4）将步骤（3）所得的物料转入到反应釜中，在160℃~220℃温度下恒温6~48小时，优选反应条件如下：180℃~200℃温度下恒温6~36小时；（5）将步骤（4）所得的物料冷却后取出，分离、洗涤，然后经干燥，得到二氧化钛纳米粉。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（5）所述的干燥之后，经焙烧，得到二氧化钛纳米粉。3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的钛酸酯选自钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四异丁酯中的一种或几种。4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的钛酸酯的加入量，按摩尔比计，冰乙酸与钛酸酯的摩尔比为1.0~10.0，优选3.0~5.5。5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的长链烷基胺选自油胺、十二胺中的一种或多种，优选油胺。6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的长链烷基胺的加入量，按摩尔比计，长链烷基胺与钛酸酯的摩尔比为0.5~4.5，优选为2.0~4.2。7.按照权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭长友，沈智奇，凌凤香，王少军，杨卫亚，季洪海，王丽华，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11