一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法。该方法以氟钛酸铵为钛源，以尿素为沉淀剂，在曲拉通X‑100/正己醇/环己烷/水组成的反相微乳液体系中，采用溶剂热合成法制备锐钛矿型二氧化钛单晶。本发明专利技术通过利用超声波的空化效应产生的微射流，使油相和水相混和均匀，从而控制水相在油相中的粒径及分布，避免了二氧化钛单晶颗粒的团聚。本发明专利技术制备的锐钛矿型二氧化钛单晶的粒径分布均匀，分散性好，团聚程度轻，纯度高，无杂质，具有较好的光催化活性。

Preparation method of anatase titania single crystal

The invention discloses a preparation method of anatase titania single crystal. This method takes the fluorine ammonium titanate as titanium source, using urea as the precipitator in Triton X 100/ hexanol / cyclohexane / water microemulsion system, by solvothermal synthesis of anatase TiO2 single crystal. By using the micro jet produced by the cavitation effect of the ultrasonic wave, the oil phase and the water phase are mixed evenly, so as to control the particle size and distribution of the water phase in the oil phase, and avoid the agglomeration of the single crystal titania particles. The anatase titanium dioxide crystal prepared by the invention has uniform particle size distribution, good dispersibility, light aggregation degree, high purity, no impurity, and good photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法
本专利技术涉及光催化剂领域，尤其涉及一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法。
技术介绍
TiO2由于具有高的光催化活性、耐光腐蚀能力强、环境友好、价格相对低廉及对人体无毒性等优点，已成为光催化降解污染物领域中人们最感兴趣的一种半导体材料。TiO2有三种晶型结构：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。板钛矿型属正交晶系，光催化活性低，是一种亚稳态，目前研究很少。围绕锐钛矿型和金红石型TiO2做了大量的研究。金红石型TiO2耐热性、热稳定性、化学稳定性均优于锐钛矿型TiO2，可广泛应用于涂料、油漆、化妆品、塑料等领域；而用作催化材料时，锐钛矿型TiO2光催化活性则明显高于金红石型TiO2，在环境治理、有机合成、光解水等领域显示出广阔的应用前景。2008年，Yang等在nature,2008,453(29):638中报道了以水解速率较低的TiF4为钛源，以HF为形貌控制剂，采用水热法，合成了微米级锐钛矿型TiO2单晶。2009年，Han在J.AM.CHEM.SOC.2009,131,3152–3153等报道了的锐钛矿相TiO2纳米单晶。但在上述研究中，研究者都使用了HF(氢氟酸)以得到TiO2单晶。而HF是一种具有强烈腐蚀性的液体，直接使用HF较危险，有腐蚀设备以及污染环境等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法，避免使用强烈腐蚀性的液体HF，解决了设备腐蚀以及环境污染等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)配制水相配制浓度为300g/L的钛源的水溶液，然后按比例称取沉淀剂加入到钛源水溶液中，磁力搅拌器搅拌搅拌1～3h，得水相，所述钛源与沉淀剂的摩尔比为1：3～10；2)制备油相分别量取曲拉通X-100、正己醇和环己烷，并依次加入到烧杯中，磁力搅拌器搅拌1～3h，得油相，所述曲拉通X-100、正己醇和环己烷体积比为1.2～2：0.7～1.2：2.1～2.8；3)制备微乳液量取步骤2)得到的油相，加入到烧杯中，并将烧杯置于超声场中，超声功率为100～300W，超声时间为0.5～3h，然后量取步骤1)得到的水相，将水相以1～3mL/min的速度滴加到油相中，滴加完毕后，继续超声分散0.5～1h后停止，得到微乳液，所述油相与水相体积比为15～2：1；4)溶剂热合成法制备锐钛矿型二氧化钛单晶将步骤3)得到的微乳液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于120～200℃的干燥箱中，反应8～16h后，冷却至室温，然后抽滤，收集沉淀物；将沉淀物依次用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，在60℃干燥12h，研磨，最后置于450～550℃马弗炉中焙烧1～3h，得锐钛矿型二氧化钛单晶。进一步，步骤1)中所述的钛源为氟钛酸铵，所述沉淀剂为尿素，氟钛酸铵与尿素摩尔比为1：4～8。进一步，步骤1)中所述的曲拉通X-100、正己醇和环己烷体积比为1.5：1：2.5。进一步，步骤3)中所述油相与水相体积比为13～5：1。进一步，步骤3)中所述的超声功率为200～300W，超声时间为0.5～1h。进一步，步骤4)中所述的干燥箱的反应温度为150～180℃，反应时间12～14h。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术制备过程中，以氟钛酸铵为钛源，以尿素为沉淀剂，在曲拉通X-100/正己醇/环己烷/水组成的反相微乳液体系中，采用溶剂热合成法制备锐钛矿型二氧化钛单晶，避免使用HF，安全环保，对人体和环境无危害。具有操作简单。2、本专利技术采用超声-微乳液-溶剂热合成法制备二氧化钛单晶。微乳液是由油相和水相搅拌而成的热力学稳定的体系。其中，油相由表面活性剂、助表面活性剂和连续相组成，水相由钛源和有其他辅助反应的物质组成。在油包水型的微乳液中，表面活性剂和助表面活性剂的亲水基团和水相结合，亲油基团和油相结合，这样水相在油相中就形成了“反应器”，通过搅动，促使形成了无数个微小甚至达到了微米或纳米级的“微反应器”。通过利用超声波的空化效应产生的微射流，将大的“微反应器”击碎，使油相和水相混和均匀，从而控制“微反应器”粒径及分布，进而使制得的二氧化钛单晶颗粒粒径均匀。3、本专利技术进一步通过调控油相与水相的体积比、水相的滴加速度、超声功率、反应温度和反应时间的优化，来控制TiO2单晶颗粒大小分布情况和团聚程度。本专利技术制备的二氧化钛单晶粒径分布均匀，分散性好，几乎没有颗粒的团聚，具有较好的光催化活性。附图说明图1为实施例1中制备的二氧化钛单晶的SEM表征图；图2为实施例2中制备的二氧化钛单晶的SEM表征图；图3为实施例3中制备的二氧化钛单晶的SEM表征图；图4为实施例1-3中制备的二氧化钛单晶XRD检测图；图5为氙灯照射下不同催化剂光催化降解甲基橙(20mg/L)的效果对比图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。一、一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法实施例1：1)称取1.5g氟钛酸铵加到盛有5mL去离子水的烧杯中，搅拌至全部溶解，再加入1.8g尿素，搅拌至全部溶解，作为微乳液水相。2)量取12mL曲拉通X-100、8mL正己醇和20mL环己烷，依次加入到250mL的烧杯中，磁力搅拌1～3h，至溶液呈现透明均一，作为微乳液油相。3)将步骤2)得到的油相，置于超声场中，超声功率为300W，然后将水相以1mL/min的速度匀速地滴加到不断搅拌的油相中，滴加完毕之后，继续超声分散1h，形成半透明均一的微乳液。4)将微乳液移入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，水热反应釜的填充度为80％，在180℃下，反应时间12h，然后冷却至室温。5)将水热反应釜中的上层清液移除，对余下的固液混和物进行抽滤，收集沉淀物；6)将步骤5)得到的沉淀物依次用无水乙醇和去离子水洗涤若干次，直至滤液呈中性；7)将步骤6)洗涤后的沉淀物在60℃下干燥12h；8)将步骤7)得到的产物研磨后，放入500℃的马弗炉中焙烧2h，制得1#二氧化钛单晶。实施例21)称取1.5g氟钛酸铵加到盛有5mL去离子水的烧杯中，搅拌至全部溶解，再加入1.8g尿素，搅拌至全部溶解，作为微乳液水相。2)量取12mL曲拉通X-100、8mL正己醇和20mL环己烷，依次加入到250mL的烧杯中，磁力搅拌1～3h，至溶液呈现透明均一，作为微乳液油相。3)将步骤2)得到的油相，置于超声场中，超声功率为300W，将水相以3mL/min的速度匀速地滴加到不断搅拌的油相中，滴加完毕之后，继续超声分散1h，形成半透明均一的微乳液。4)将微乳液移入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，水热反应釜的填充度为80％，在180℃下，反应时间12h，然后冷却至室温。5)将水热反应釜中的上层清液移除，对余下的固液混和物进行抽滤，收集沉淀物；6)将步骤5)得到的沉淀物依次用无水乙醇和去离子水洗涤若干次，直至滤液呈中性；7)将步骤6)洗涤后的沉淀物在60℃下干燥12h；8)将步骤7)得到的产物研磨后，放入500℃的马弗炉中焙烧2h，制得2#二氧化钛单晶。实施例31)称取1.5g氟钛酸铵加到盛有5mL去离子水的烧杯中，搅拌至全部溶解，再加入1.8g尿素，搅拌至全部溶解，作为微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）配制水相配制浓度为300 g/L的钛源的水溶液，然后按比例称取沉淀剂加入到钛源水溶液中，磁力搅拌器搅拌搅拌1~3 h，得水相，所述钛源与沉淀剂的摩尔比为1：3~10；2）制备油相分别量取曲拉通X‑100、正己醇和环己烷，并依次加入到烧杯中，磁力搅拌器搅拌1~3 h，得油相，所述曲拉通X‑100、正己醇和环己烷体积比为1.2~2：0.7~1.2：2.1~2.8；3）制备微乳液量取步骤2）得到的油相，加入到烧杯中，并将烧杯置于超声场中，超声功率为100~300 W，超声时间为0.5~3h，然后量取步骤1）得到的水相，将水相以1~3 mL/min的速度滴加到油相中，滴加完毕后，继续超声分散0.5~1h后停止，得到微乳液，所述油相与水相体积比为15~2：1；4）溶剂热合成法制备锐钛矿型二氧化钛单晶将步骤3）得到的微乳液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于120~200℃的干燥箱中，反应8~16 h后，冷却至室温，然后抽滤，收集沉淀物；将沉淀物依次用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，在60 ℃干燥12 h，研磨，最后置于450~550 ℃马弗炉中焙烧1~3 h，得锐钛矿型二氧化钛单晶。...

【技术特征摘要】
1.一种锐钛矿型二氧化钛单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）配制水相配制浓度为300g/L的钛源的水溶液，然后按比例称取沉淀剂加入到钛源水溶液中，磁力搅拌器搅拌搅拌1~3h，得水相，所述钛源与沉淀剂的摩尔比为1：3~10；2）制备油相分别量取曲拉通X-100、正己醇和环己烷，并依次加入到烧杯中，磁力搅拌器搅拌1~3h，得油相，所述曲拉通X-100、正己醇和环己烷体积比为1.2~2：0.7~1.2：2.1~2.8；3）制备微乳液量取步骤2）得到的油相，加入到烧杯中，并将烧杯置于超声场中，超声功率为100~300W，超声时间为0.5~3h，然后量取步骤1）得到的水相，将水相以1~3mL/min的速度滴加到油相中，滴加完毕后，继续超声分散0.5~1h后停止，得到微乳液，所述油相与水相体积比为15~2：1；4）溶剂热合成法制备锐钛矿型二氧化钛单晶将步骤3）得到的微乳液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于120~200℃的干燥箱中，反应8~16h后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝世雄，申婷，杨虎，张海燕，邓超仪，郑诗玥，杨灿灿，杨冉，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51