一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法及产物技术

本发明专利技术涉及一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，包括如下步骤：1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；2)将钛酸钾纤维分散在浓度为0.5～1M的硝酸溶液中，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纳米片。本发明专利技术还涉及该方法所制备的混合晶型的二氧化钛纳米片，同时具有锐钛矿型和金红石型，使得混合晶型的二氧化钛具有优异的催化性能。

The titanium dioxide nano sheet a mixed crystal preparation method and product

The titanium dioxide nano sheet preparation method of the invention relates to a mixed crystal type, which comprises the following steps: 1) potassium hydroxide solution into four butyl titanate solution, mixed hydrothermal reaction, filtration of the products after cleaning by potassium titanate fiber; 2) the potassium titanate fiber dispersed in a concentration of 0.5 to 1M nitrate solution, hydrothermal reaction, filtration of the products obtained after cleaning, the titanium dioxide nano sheet. The invention also relates to the mixed crystal TiO2 nanosheets prepared by the method, having both anatase and rutile type, so that the mixed crystalline TiO2 has excellent catalytic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法及产物
本专利技术涉及二氧化钛制备领域，具体涉及一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法及产物。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种无毒，不溶于水、无机弱酸和有机酸，微溶于碱的白色粉末或固体的两性氧化物。白度、光亮度和不透明性良好，在国内外被公认为是最具发展潜质的一种白色颜料，广泛应用于涂料、印刷油墨、塑料、橡胶、化纤、化妆品、造纸等工业。同时TiO2具有很强的抗腐蚀性以及良好的光催化活性、紫外线屏蔽功能也很强、还可以发生很奇特的颜色效应等特性，在废水处理、空气净化、抗菌杀菌、防晒护肤、涂料和汽车工业、建筑、焊接、传感器、功能陶瓷、生物学、医学、光催化剂等诸多领域备受人们的关注。该材料被用作光催化剂，具有活性强、安全无毒、价格低、没有污染、性能稳定等优点，是很有发展前景的环保催化剂之一。二氧化钛光催化技术可以利用空气中的太阳光和氧，来降解有毒污染物，有望成为一种新的环保技术。目前工业上应用较广的二氧化钛为锐钛矿型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型。国内外制备锐钛矿型二氧化钛采用溶胶凝胶法、四氯化钛气相氧化法、硫酸氧钛或硫酸钛溶液液相水解法等。通常锐钛矿型TiO2具有较好的光催化分解水的性能，这与其具有较大的禁带宽度(3.2eV)和较负的导带位置有关。而金红石型TiO2的相对密度和折射率比锐钛矿型TiO2大，分散光射线的能力较好，而其光催化性能比锐钛矿型的差，国内生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。因此，亟待开发一种合成方法直接合成混合晶型的TiO2，并进一步提高其催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法及产物，所得二氧化钛同时具有锐钛矿型和金红石型，使得混合晶型的二氧化钛具有优异的催化性能。本专利技术所提供的技术方案为：一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，包括如下步骤：1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；2)将钛酸钾纤维分散在浓度为0.5～1M的硝酸溶液中，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纳米片。上述技术方案中采用两步水热法，先在高浓度OH-存在的情况下利用钛酸四丁酯的水解制备钛酸钾纤维(K2Ti8O17)，然后以钛酸钾纤维为前驱体，在酸性条件下，利用H+对K+的取代，脱水。最终制备得到二氧化钛(TiO2)纳米片，产物是金红石型和锐钛矿型两种晶相混合，纳米片尺寸在20～50nm，具有大的比表面积，具有优异的催化性能。优选的，所述步骤1)中氢氧化钾与钛酸四丁酯的投料比为16～18g:1～2ml。该比例是为了提供过量的OH-，使得钛酸四丁酯能够充分水解，获得单相钛酸钾纤维。优选的，所述步骤1)中氢氧化钾溶液的浓度为0.8～0.9g/ml。优选的，所述步骤1)中钛酸四丁酯溶液是将钛酸四丁酯溶解在乙二醇中，钛酸四丁酯溶液的浓度为0.05～0.1Vol％。优选的，所述步骤1)中水热反应的温度为180～200℃，反应时间为24～30h。优选的，所述步骤1)中清洗是指0.08～0.1M稀硝酸、去离子水和无水乙醇分别进行清洗。因为在制备钛酸钾纤维时，采用了高浓度的KOH溶液，容易吸收空气中的CO2形成K2CO3颗粒，并且在水热后混合在钛酸钾纤维产物中，可以通过稀硝酸洗涤后去除。进一步优选为0.1M稀硝酸。优选的，所述步骤2)中钛酸钾纤维与硝酸溶液的投料比为0.8～1g:35～45ml。提供0.5～1M的硝酸是为了在反应体系中提供足量的H+，使得钛酸钾的K+被充分取代，并最终脱水获得TiO2。优选的，所述步骤2)中水热反应的温度为180～200℃，反应时间为24～30h。进一步优选，温度为180～190℃。较高的反应温度和较长的反应时间，更加利于TiO2纳米片的形貌调控，使得产物的形貌更加规则，尺寸更加均一。本专利技术还提供一种如上述的制备方法制备得到的混合晶型的二氧化钛纳米片。二氧化钛纳米片含有金红石型和锐钛矿型两种晶相，纳米片大小为20～50nm，产品形貌好，且纯度高，分散性好。同现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术工艺过程简单，易于控制，无环境污染，成本低，易于规模化生产。(2)本专利技术制得的TiO2纳米片含有金红石型和锐钛矿型两种晶相，且纳米片尺寸为20～50nm，比表面积大，具有优异的光催化性能。附图说明图1为实施例1中制备的钛酸钾(K2Ti8O17)纤维的XRD图；图2为实施例1中制备的钛酸钾(K2Ti8O17)纤维的SEM图；图3为实施例1中制备的钛酸钾(K2Ti8O17)纤维的TEM图；图4为实施例1中制备的TiO2纳米片的XRD图；图5为实施例1中制备的TiO2纳米片的SEM图；图6为实施例1中制备的TiO2纳米片的TEM图；图7为对比例1中制备的产物的SEM图；图8为对比例2中制备的产物的SEM图；图9为对比例3中制备的产物的SEM图；图10为TiO2纳米片和商用P25光催化制氢图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步说明。实施例11)取1ml钛酸四丁酯溶解在20ml乙二醇中，在室温下经过2h的搅拌，形成澄清溶液；2)取16g氢氧化钾溶解在20ml水溶液中，搅拌10min后将KOH溶液倒入步骤1)中的钛酸四丁酯溶液中，在室温下搅拌2h，形成澄清前驱体溶液；3)将前驱体溶液转移到50ml聚四氟乙烯反应釜中进行180℃，24h水热反应，将水热反应产物过滤，并用0.1M的稀硝酸、去离子水、无水乙醇分别清洗，干燥得到钛酸钾(K2Ti8O17)纤维；4)将上述钛酸钾纤维溶解在40ml0.5M的稀硝酸溶液中，在室温下搅拌1h后，将溶液转移至50ml聚四氟乙烯反应釜中进行180℃，24h水热反应，将水热反应产物过滤，并用去离子水、无水乙醇分别清洗，干燥得到TiO2纳米片。对步骤3)中制备得到的钛酸钾(K2Ti8O17)纤维进行XRD表征，由图1可知水热获得的钛酸钾的峰和PDF卡片吻合，没有出现副产物K2CO3的峰。分别对钛酸钾(K2Ti8O17)纤维进行SEM和TEM表征，由图2可知钛酸钾纤维分散性良好，没有出现纤维的团聚，通过图3透射照片还能看到获得的钛酸钾纤维是由单层钛酸钾卷曲重叠形成的，这样的形貌为下一步制备TiO2纳米片提供了良好的条件。对步骤4)中制备得到的TiO2纳米片进行XRD表征，如图4所示，可知实施例1获得的TiO2结晶性良好，XRD衍射峰清晰，分析后可得产物TiO2是由锐钛矿和金红石两种晶相的TiO2混合而成。同时图5可知获得的TiO2粉末是由极小的TiO2纳米片组成，通过图6看可知TiO2纳米片尺寸在20～50nm之间。纳米尺寸的TiO2可以带来极大的比表面积，为光催化水制氢提供良好条件。实施例21)取1.5ml钛酸四丁酯溶解在20ml乙二醇中，在室温下经过2h的搅拌，形成澄清溶液；2)取16g氢氧化钾溶解在20ml水溶液中，搅拌10min后将KOH溶液倒入步骤1)中的钛酸四丁酯溶液中，在室温下搅拌2h，形成澄清前驱体溶液；3)将前驱体溶液转移到50ml聚四氟乙烯反应釜中进行180℃，24h水热反应，将水热反应产物过滤，并用0.1M的稀硝酸、去离子水、无水乙醇分别清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；2)将钛酸钾纤维分散在浓度为0.5～1M的硝酸溶液中，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；2)将钛酸钾纤维分散在浓度为0.5～1M的硝酸溶液中，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纳米片。2.根据权利要求1所述的混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中氢氧化钾与钛酸四丁酯的投料比为16～18g:1～2ml。3.根据权利要求1所述的混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中氢氧化钾溶液的浓度为0.8～0.9g/ml。4.根据权利要求1所述的混合晶型的二氧化钛纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中钛酸四丁酯溶液是将钛酸四丁酯溶解在乙二醇中，钛酸四丁酯溶液的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，孙小磊，皇甫统帅，沈鸽，韩高荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33