一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用，该混晶水溶胶在室内光、太阳光下具有很好的光催化活性，其胶体溶液可用于喷涂玻璃表面得到超亲水自清洁薄膜、建筑内外墙涂料的添加剂及环境友好功能化纺织品等，本方法包括以下步骤：将钛源溶解在有机醇中，充分搅拌移至反应容器中，加热至40～200℃反应6‑48h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，除去有机物得沉淀，沉淀干燥后即为纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛，将其直接分散至水中制得水溶胶。本发明专利技术制得的混晶氧化钛为粉末，粒径小，比表面积大，能在极性溶剂特别是水中良好的分散，并具有很高的可见光/太阳光催化降解液相及气相污染物的活性。

Preparation and application of nano metastable / anatase mixed titanium oxide sol

The invention relates to the preparation and application of a nanometer metastable / anatase mixed crystal titanium oxide hydrosol. The mixed crystal hydrosol has good photocatalytic activity in indoor light and solar light, and the colloid solution can be used to spray the surface of the glass to get super hydrophilic self cleaning film, the additive for building the inner wall coating and environment friendly. The method includes the following steps: dissolving the titanium source in organic alcohol, stirring fully into the reaction container, heating to 40~200 C and reacting 6 48h, the reaction product is washed by the mixture of ethanol and water, the organic matter is precipitated, and the nano metastable / anatase titanium oxide is prepared after precipitation. The hydrosol is obtained by dispersing it directly into the water. The mixed crystal titanium oxide prepared by the invention is a powder with small particle size, large specific surface area, good dispersion in polar solvents, especially in water, and has high photocatalytic activity of visible light / solar photocatalytic degradation of liquid phase and gas phase contaminant.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用
本专利技术涉及材料制备及环境净化
，具体涉及一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用。
技术介绍
近年来，随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的提高，人们对居住、交通、办公环境的要求也越来越高。然而，现在化学合成的新型建筑、装饰材料、油漆中含有大量的有毒有害物质，是导致室内空气污染的源泉，严重威胁人们身体健康。半导体光催化是在应对环境污染的过程中发展起来的一种新型的技术，它利用半导体能带结构的不连续性，借助光能将溶液或空气中的有机污染物催化降解为无机分子如H2O和CO2，从而达到环境修复和太阳能利用的目的。由于二氧化钛的物理化学性质稳定，价格低廉及生物可溶性等，因此被广泛应用于抗紫外、抗静电、抗菌和光催化自清洁等领域。众所周知，具有宽禁带结构的二氧化钛只能吸收太阳光中的紫外部分，量子产率低是二氧化钛实际应用中需要解决的重要问题。目前一般采取金属/非金属元素掺杂、表面沉积贵金属纳米粒子等，形成复合催化剂等来提高二氧化钛对太阳光的利用率。另外，研究表明在二氧化钛的三种晶型中，仅锐钛矿型具有最好的光催化活性。然而，要获得锐钛矿型的二氧化钛必须经过高温煅烧，此过程中会导致纳米粒子的团聚及颗粒增大，因此目前市售的二氧化钛在水中的分散不好，限制了其在许多方面的应用，如水性油漆、地板及纺织品类等。为顺应行业的要求，二氧化钛水溶胶的开发吸引了广泛的注意，但常规的溶胶-凝胶法制备的二氧化钛胶体溶液多为无定形结构，不具备良好的光催化活性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用，采用该方法制备得到的二氧化钛水溶胶具有很高的可见光/太阳光催化降解液相及气相污染物的活性。本专利技术第一方面提供了一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，步骤包括：将钛源溶解在有机醇中，充分搅拌得到透明的溶液，然后将所得溶液转移至反应容器中，加热至40～200℃反应6-48h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，除去反应后的有机物得到白色沉淀，沉淀干燥后即为纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛，将上述纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛直接分散至水中制得水溶胶。本专利技术第二方面提供了纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶，所述混晶氧化钛为亚稳态二氧化钛与锐钛矿二氧化钛的混合态，且混晶氧化钛颗粒粒径小于等于5nm，比表面积为120～180m2/g。本专利技术第三方面提供了纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶在光催化领域中的应用，所述的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶具有可见光、太阳光催化降解环境污染物的活性本专利技术的有益效果是：本专利技术制得的混晶氧化钛为粉末，粒径小，比表面积大，表面具有大量的缺陷和亲水基团，能在极性溶剂特别是水中良好的分散，可得到透明溶液，并具有很高的可见光/太阳光催化降解液相及气相污染物的活性，该分散液可用于喷涂玻璃表面得到超亲水自清洁薄膜、建筑内外墙涂料的添加剂及环境友好功能化纺织品等，适用性广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为实施例1所制备的混晶纳米氧化钛的透射电镜图；图2为实施例1所制备的混晶纳米氧化钛的XRD图；图3为实施例1所制备的混晶纳米氧化钛红外光谱图；图4为实施例1所制备的混晶氧化钛以及常规热处理煅烧的二氧化钛的紫外-可见漫反射光谱；其中，A曲线为混晶纳米氧化钛，B曲线为常规热处理煅烧的二氧化钛。具体实施方式本专利技术第一方面提供了一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，步骤包括：将钛源溶解在有机醇中，充分搅拌得到透明的溶液，然后将所得溶液转移至反应容器中，加热至40～200℃反应6～48h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，过滤除去反应后的有机物得到白色沉淀，沉淀干燥后即为纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛，将上述纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛直接分散至水中制得水溶胶。上述方法相对于传统的溶胶-凝胶方法的区别在于，可一步得到具有一定结晶态的氧化钛纳米颗粒，而传统的溶胶-凝胶方法得到的通常为无催化活性的无定形氧化钛，需要经过高温热处理转化为结晶态的二氧化钛，此过程中会导致纳米粒子的颗粒增大、比表面积减小，进而影响其在水中的分散性。而本方法不需要高温处理，直接就有活性，所制得的混晶氧化钛为粉末，粒径小(≤5nm)，比表面积大(SBET＝120-180m2/g)。优选的，所述钛源包括三氯化钛、四氟化钛、四氯化钛、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、硫酸氧钛中的一种或几种。优选的，所述有机醇包括乙醇、乙二醇、苯甲醇、异丙醇、正丁醇、丙三醇中的一种或几种。更加优选的，所述钛源与有机醇的体积之比为0.001:1～1:1。优选的，所述乙醇与水的混合液中，乙醇与水的体积比为1:99～99:1。经过除杂后的物质不需要热处理，可直接分散于水中得到胶体。所制备的混晶纳米氧化钛不需要任何的后处理过程，具有大的比表面积、粒径小(小于5nm)、稳定相结构的特征。优选的，所述干燥为60-200℃下进行干燥。在本专利技术的几个实施例中，通过不同的反应条件进行了混晶氧化钛水溶胶的制备。不同的反应温度及溶剂等反应条件的选择，对混晶氧化钛的结晶度颗粒大小及表面缺陷态有所影响，进而影响到产品的水溶性以及光催化活性，只有在上述提供的适当反应条件下才可得到性能良好的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶。本专利技术第二方面提供了纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶，所述混晶氧化钛为亚稳态二氧化钛与锐钛矿二氧化钛的混合态，且混晶氧化钛颗粒粒径小于等于5nm，比表面积为120～180m2/g。具体的，由上述纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法制备得到。本专利技术第三方面提供了纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶在光催化领域中的应用，所述的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶具有良好的可见光/太阳光催化活性。为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1本实施例提供了一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，具体步骤包括：将四氯化钛溶解在乙醇和苯甲醇的混合溶液中，使四氯化钛与溶剂的体积比为0.5:1，所述乙醇和苯甲醇的体积比为1:1，充分搅拌2h得到透明的溶液，然后将所得溶液转移至反应容器中，加热至60℃回流反应30h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，所述混合液中乙醇与水的体积比为1:1，过滤除去反应后的有机物得到白色沉淀，将沉淀置于120℃烘箱干燥后即为在太阳光/室内光下具有高的光催化活性的Magneli(亚稳态)/Anatase(锐钛矿)混晶纳米氧化钛，由于制备得到的纳米颗粒小(≤5nm)，比表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于，步骤包括：将钛源溶解在有机醇中，充分搅拌得到透明的溶液，然后将所得溶液转移至反应容器中，加热至40～200℃反应6‑48h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，除去反应后的有机物得到白色沉淀，沉淀干燥后即为纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛，将上述纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛直接分散至水中制得水溶胶。

【技术特征摘要】
1.一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于，步骤包括：将钛源溶解在有机醇中，充分搅拌得到透明的溶液，然后将所得溶液转移至反应容器中，加热至40～200℃反应6-48h，反应产物用乙醇与水的混合液洗涤，除去反应后的有机物得到白色沉淀，沉淀干燥后即为纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛，将上述纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛直接分散至水中制得水溶胶。2.如权利要求1所述的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：所述钛源包括三氯化钛、四氟化钛、四氯化钛、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、硫酸氧钛中的一种或几种。3.如权利要求1所述的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于：所述有机醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、苯甲醇、异丙醇、正丁醇、丙三醇中的一种或几种。4.如权利要求1～3任一项权利要求所述的纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丽红，程祥，刘倩，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42