CN102086046A - 纳米二氧化钛液溶胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到50℃，保持5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。净化空气，能降解与消除空气中所有有机污染物及部分无机污染物，杀菌功能：能杀死大肠杆菌。

Description

纳米二氧化钛液溶胶的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米二氧化钛液溶胶的制备方法。

背景技术

在现有技术中，纳米二氧化钛液溶胶的制备方法通常采用如下方法进行。

1、气相水解法

气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiCl4或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导入反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO2的晶型和粒径。

2、液相法

溶胶-凝胶法以钛醇盐Ti(OR)4为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。

3、化学沉淀法

化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO4，H2 TiO3或TiCl4溶液中，沉淀后进行热处理。

4、水解法

水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO2。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。

5、水热法

水热法以TiOSO4，TiCl4或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO2。

采用上述方法制备的纳米二氧化钛液溶胶呈酸性；纳米二氧化钛粒子不能分散在大多数的有机溶剂中；在液溶胶中添加碱性或其他化学物质时，纳米二氧化钛粒子易絮凝。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种新的纳米二氧化钛液溶胶的制备方法。

提供一种纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂(硫酸钠)和酸性反应物(如盐酸、乙酸)加入有机溶剂中，添加晶型控制剂(磷酸二氢钠或碳酸氢纳)，加热到50-300℃。保持0.5-5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂，加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

本技术类似液相法与水解法，但与任何一种都不同，且克服了其缺点。溶胶-凝胶法(液相法)以钛醇盐Ti(OR)4为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。

水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO2。

液相法与水解法生产的粒径较大，且不易控制，生产出的纳米二氧化钛粒子不易分散。

本技术是将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，通过添加晶型控制剂来控制反应。本技术不须将纳米二氧化钛粒子干燥分离。是直接在液体中通过离心机分离。所以纳米二氧化钛粒子在液体中的分散性很好。

本发明的优点：成本低，粒径小，纳米二氧化钛粒子二次粒径为2-8纳米，可吸收光能波长范围宽，晶型控制好，液溶胶中纳米二氧化钛粒子中锐钛矿型为100％，投入少，对设备要求低，能耗低，污染少，除清洗时用到酸性液体外，基本无污染。

本发明的功效：净化空气功能：能降解与消除空气中所有有机污染物及部分无机污染物，杀菌功能：能杀死大肠杆菌、黄色葡萄球菌等细菌，同时还能分解细菌死体上释放的有害复合物，自洁功能：纳米二氧化钛具有超亲水性，能防止油烟、汽车尾气等吸附，净水功能：能降解水中的有机有害物质，从而净化水质，增加负氧离子浓度的功能：纳米二氧化钛在光照下会产生负氧离子，如同雷雨会增加森林中的负氧离子浓度，从而令空气更清新。

纳米二氧化钛液溶胶的主要成分为纳米二氧化钛、溶剂(水或其他有机溶剂)。纳米二氧化钛粒子在液相中呈正电，粒子相互排斥，在无外力情况下永不沉淀、絮凝。

纳米二氧化钛吸收光能量之后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+。在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(.OH)自由基，而.OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化并分解各种有机污染物(甲醛、苯、TVOC等)和细菌及部分无机污染物(氨、NOX等)，并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。由于.OH自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化中起着决定性的作用。此外，许多有机物的氧化电位较TiO2的价带电位更负一些，能直接为h+所氧化。而TiO2表面高活性的e-侧具有很强的还原能力，可以还原去除水体中金属离子。应用以上原理光触媒广泛应用于杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。

具体实施方式

实施例一：纳米二氧化钛液溶胶的制备步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到200℃。保持2个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

实施例二：提供一种纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到300℃。保持0.5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

实施例三：提供一种纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到50℃。保持5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

Claims (4)

1.一种纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到50-300℃，保持0.5-5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

2.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，其特征在于，1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到200℃，保持2个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

3.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到300℃；保持0.5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。

4.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛液溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)反应：将四氯化钛或其他钛醇盐与催化剂加入有机溶剂中，添加晶型控制剂，加热到50℃；保持5个小时，得到钛氧化物块状凝胶；

2)烘干：将钛氧化物块状凝胶放入干燥机中烘干；

3)水解：将烘干后的粉末放入水中，添加晶型控制剂。加热到50℃以上，保持1.5小时以上；

4)分离：用离心机分离出纳米二氧化钛粒子；

5)水洗：将分离出的纳米二氧化钛粒子用有机溶剂浸泡，并充分搅拌，然后再次用高速离心机分离出纳米二氧化钛粒子；此步骤可根据需要多次重复；

6)分散：将水洗后的纳米二氧化钛粒子浸泡于纯净水中，并添加分散稳定剂。