金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法技术

金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，首先，制备含氟的金属氧化物的水合物，然后，用过氧化氢溶液溶解所得到含氟的金属氧化物的水合物为溶液态，通过过氧化氢一步低温氧化法，可以得到MO3、Nb2O5、WO3、V2O5、ZrO、TiO2、Ta2O5等金属氧化物的水溶性过氧化物溶胶，最后，通过控制pH值、回流加热温度和时间可以得到稳定的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或粉体，本发明专利技术得到的含氟多元金属氧化物复合溶胶，与单一组份的金属氧化物相比，光催化性能大大改善，微量氟元素的存在可以改善溶胶的亲水‑疏水特性，使得溶胶成膜性能更好，同时可以抑制光催化界面反应时臭氧的形成，具有环保、工艺简单、成本低廉的特点。

Low temperature synthesis of metal oxide nanocrystals single and multiple composite aqueous sol or powders

Low-temperature synthesis of metal oxide nanocrystalline monolithic and multicomponent aqueous sol or powders. Firstly, fluorine-containing metal oxide hydrates are prepared. Then, fluorine-containing metal oxide hydrates are dissolved in hydrogen peroxide solution. MO3 can be obtained by one-step low-temperature oxidation of hydrogen peroxide. The water-soluble peroxide sol of metal oxides such as Nb2O5, WO3, V2O5, ZrO, TiO2, Ta2O5, etc. can be obtained by controlling pH value, reflux heating temperature and time to obtain stable metal oxide nanocrystalline monocrystalline and multicomponent composite water-soluble sol or powder. Compared with metal oxides with single component, the photocatalytic performance is greatly improved. The presence of Trace Fluorine can improve the hydrophilic and hydrophobic properties of the sol, and make the sol film forming performance better. At the same time, it can inhibit the formation of ozone in the photocatalytic interfacial reaction. It has the characteristics of environmental protection, simple process and low cost.

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法
本专利技术涉及水性内墙涂料领域，特别涉及一种金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法。
技术介绍
d0结构金属氧化物纳米晶材料作为功能性的半导体材料,普遍具有光催化效应，是一种能够利用太阳能实现有机物降解、空气净化、自清洁、抗菌等综合功能的节能、环保涂层材料，通过掺杂、复合还可以有很好的电学性能。d0结构金属氧化物纳米晶催化降解空气中有机污染物、氮氧化物的原理是氧化物能有效地吸收光能，激发禁带电子跃迁，从而产生电子-空穴对，电子与空穴分离后，空穴可以直接氧化表面吸附有机物，或与二氧化钛表面吸附的水分子和氧气等接触，产生羟基自由基和臭氧，通过羟基自由基与臭氧进一步氧化分解相关底物。但是臭氧对人体有一定的危害，在光催化过程中抑制臭氧的生存，有非常积极的意义。晶态金属氧化物合成一般需要苛刻的物理条件，固相合成温度一般高于400℃；水热和溶剂热合成温度一般在200℃左右，但需要高压反应体系。在强酸、强碱极端条件下，可以降低反应温度，但不利于环保和规模化生产。过渡金属配合物体系合成及应用研究是生命科学、化学模拟金属酶、仿生催化等研究领域的热点，在有机合成领域得到广泛应用，而它在无机金属氧化物合成领域没有得到足够的重视。在金属钛生物兼容性研究过程中，研究人员就发现，金属钛与人体免疫反应产生的活性氧基团形成的稳定钛过氧配合物(peroxotitaniumcomplex)能够在较温和条件下转变为锐钛矿型TiO2晶体。金属钛能在人体温和的条件下(37℃，pH～7，常压)转变成晶态TiO2，相对稳定的钛过氧配合物是关键。对于具备d价电子轨道的过渡金属离子，依据洪特规则，其最高氧化态可分为全空d0、半充满d5及全满d10三种电子构型，而依据Fenton-Haber-Weiss原理，只有d0结构的过渡族金属氧化物能形成稳定的金属配合物，这是因为其d轨道无价电子，中心配合金属离子无法向过氧根基团转移电子，这使得其过氧化配合物在水溶液体系中能够稳定存在。而非d0电子结构过渡金属离子，由于其d轨道具有价电子，金属离子能够通过单电子转移机制催化过氧基团分解，使得其过氧化配合物很大程度上只能作为暂态中间体出现，无法作为稳定的合成前驱体使用。以此为基础，一些通过低温溶液反应制备金属氧化物纳米晶态的工作，特别是TiO2、V2O5、Mo3的报道较多，如J.M.Wu通过将钛金属基板与过氧化氢直接反应制备锐钛矿型TiO2纳米棒。Kaasyki通过加热回流钛过氧化配合物前驱体溶液，直接合成了锐钛矿型纳米TiO2溶胶。Kakihana报道了以过氧化钛为前驱体可控制备不同晶型纳米TiO2的工作，并着重阐述了这一合成方法的经济性及对绿色水基合成的意义。J.F.Zhi研究组报道了基于钛过氧化配合物的可控制备不同晶型的纳米TiO2的工作。对金属氧化纳米晶水性溶胶的研究也有报道，比如：中国专利CN100484880C公开了通过用双氧水分散钛酸得到TiO2溶胶。我们报道了用双氧水溶解V2O5和金属Mo粉得到V2O5和MO3纳米晶溶胶。据我们所了解，目前还没有一种方法可以适用于多种d0结构金属氧化物纳米晶一元和多元复合溶胶和粉体的生产，特别是含氟的溶胶和粉体的生产。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，得到的含氟多元金属氧化物复合溶胶光催化性能大大改善，溶胶成膜性能更好，具有环保、工艺简单、成本低廉的特点。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，其制备步骤为：步骤1：含氟的金属氧化物的水合物的制备，包括含不同结晶水的钼、铌、钨、钒、锆、钛、钽的金属氧化物水合物的制备：将氟金属酸的可溶性盐类的一种或者几种任意比例混合的复合盐类物质溶解于热水中，搅拌得到澄清氟金属酸盐的水溶液，在加入室温去离子水稀释冷却后，向含氟金属酸盐的水溶液中滴加无机碱溶液至pH值为8-11，得到含氟的一元或多元金属氧化物水合物沉淀；步骤2：含氟金属过氧化物的制备：用过氧化氢溶液溶解所得到含氟的金属氧化物的水合物为溶液态，其中H2O2：Ti的分子摩尔比为1：1-40：1；然后加去离子水稀释到金属氧化物质量百分比浓度为0.75-1.5％；步骤3：调整pH值及氟离子值含量用氢氟酸或无机碱水溶液调节步骤2的含氟金属过氧化物pH值至7-7.5；步骤4：制备最终产品：在温度为60-100℃下回流加热步骤3的溶液3-5小时，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶；或者在温度为100℃下回流加热步骤3的溶液时间大于6小时，出现沉淀，离心或过滤得含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体；或者在大于120℃温度条件下，烘干步骤3的溶液，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体。所述含氟的金属氧化物指MO3、Nb2O5、WO3、V2O5、ZrO、TiO2、Ta2O5中的一种或者几种复合物。所述含氟的金属氧化物的水合物，包括含不同结晶水的钼、铌、钨、钒、锆、钛、钽的金属氧化物水合物。所述含氟的金属氧化物的水合物的结晶水数目为一或二或三或四或五或六。所述步骤1氟金属酸的可溶性盐类包括氟钼酸、氟铌酸、氟钨酸、氟钒酸、氟锆酸、氟钛酸、氟钽酸的可溶性的盐类物质。所述步骤1氟金属酸的可溶性盐类中的一种或几种，为氟钼酸铵、氟钼酸钾、氟钼酸钠、氟铌酸铵、氟铌酸钾、氟铌酸钠、氟钨酸铵、氟钨酸钾、氟钨酸钠、氟钒酸铵、氟钒酸钾、氟钒酸钠、氟锆酸铵、氟锆酸钾、氟锆酸钠、氟钛酸铵、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟钽酸铵、氟钽酸钾、氟钽酸钠中的可溶性氟钼酸盐、氟铌酸盐、氟钨酸盐、氟钒酸盐、氟锆酸盐、氟钛酸盐、氟钽酸盐中的一种，或者2-7种的任意比例混合的混合水溶液。所述步骤1的热水的温度为50-80℃。所述步骤1用水稀释冷却可溶性氟金属酸盐的水溶液，是指用室温去离子水稀释原溶液体积至2-20倍，并冷却至室温。所述步骤1无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中至少一种。所述步骤2过氧化氢水溶液的质量百分浓度为1-30％。所述步骤3无机碱水溶液的质量百分浓度为1-25％。本专利技术与现有技术相比的有益效果为：本专利技术属于制备含氟的具有d0电子结构(包括Mo、Nb、W、V、Zr、Ti、Ta)的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或粉体的低温合成方法。由于d0结构的过渡族金属氧化物能形成稳定的金属配合物，这是因为其d轨道无价电子，中心配合金属离子无法向过氧根基团转移电子，这使得其过氧化配合物在水溶液体系中能够稳定存在。本专利技术通过过氧化氢一步低温氧化法，得到MO3、Nb2O5、WO3、V2O5、ZrO、TiO2、Ta2O5等金属氧化物的水溶性过氧化物溶胶，通过控制pH值、回流加热温度和时间，得到稳定的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或粉体。本专利技术得到的含氟多元金属氧化物复合溶胶，与单一组份的金属氧化物相比，光催化性能大大改善，微量氟元素的存在(1-50ppm)可以改善溶胶的亲水-疏水特性，使得溶胶成膜性能更好，同时微量氟元素的存在可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，其特征在于，其制备步骤为：步骤1：含氟的金属氧化物的水合物的制备，包括含不同结晶水的钼、铌、钨、钒、锆、钛、钽的金属氧化物水合物的制备：将氟金属酸的可溶性盐类的一种或者几种任意比例混合的复合盐类物质溶解于热水中，搅拌得到澄清氟金属酸盐的水溶液，在加入室温去离子水稀释冷却后，向含氟金属酸盐的水溶液中滴加无机碱溶液至pH值为8‑11，得到含氟的一元或多元金属氧化物水合物沉淀；步骤2：用过氧化氢溶液溶解所得到含氟的金属氧化物的水合物为溶液态，其中H2O2：Ti的分子摩尔比为1：1‑40：1；然后加去离子水稀释到金属氧化物质量百分比浓度为0.75‑1.5％；步骤3：用氢氟酸或无机碱水溶液调节步骤2的含氟金属过氧化物pH值至7‑7.5；步骤4：在温度为60‑100℃下回流加热步骤3的溶液3‑5小时，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶；或者在温度为100℃下回流加热步骤3的溶液时间大于6小时，出现沉淀，离心或过滤得含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体；或者在大于120℃温度条件下，烘干步骤3的溶液，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体。...

【技术特征摘要】
1.金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，其特征在于，其制备步骤为：步骤1：含氟的金属氧化物的水合物的制备，包括含不同结晶水的钼、铌、钨、钒、锆、钛、钽的金属氧化物水合物的制备：将氟金属酸的可溶性盐类的一种或者几种任意比例混合的复合盐类物质溶解于热水中，搅拌得到澄清氟金属酸盐的水溶液，在加入室温去离子水稀释冷却后，向含氟金属酸盐的水溶液中滴加无机碱溶液至pH值为8-11，得到含氟的一元或多元金属氧化物水合物沉淀；步骤2：用过氧化氢溶液溶解所得到含氟的金属氧化物的水合物为溶液态，其中H2O2：Ti的分子摩尔比为1：1-40：1；然后加去离子水稀释到金属氧化物质量百分比浓度为0.75-1.5％；步骤3：用氢氟酸或无机碱水溶液调节步骤2的含氟金属过氧化物pH值至7-7.5；步骤4：在温度为60-100℃下回流加热步骤3的溶液3-5小时，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶；或者在温度为100℃下回流加热步骤3的溶液时间大于6小时，出现沉淀，离心或过滤得含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体；或者在大于120℃温度条件下，烘干步骤3的溶液，得到含氟的具有d0电子结构的金属氧化物纳米晶一元和多元复合粉体。2.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，其特征在于，所述含氟的金属氧化物指MO3、Nb2O5、WO3、V2O5、ZrO、TiO2、Ta2O5中的一种或者几种复合物。3.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米晶一元和多元复合水性溶胶或者粉体低温合成方法，其特征在于，所述含氟的金属氧化物的水合物，包括含不同结晶水的钼、铌、钨、钒、锆、钛、钽的金属氧化物水合物；所述含氟的金属氧化物的水合物的结晶水数目为一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许并社，余愿，孙东峰，杜高辉，马淑芳，苏庆梅，
申请(专利权)人：西安前沿材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61