CN103043716A - 二氧化钛纳米球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化钛纳米球的制备方法，包括以下步骤：⑴按等体积混匀无水乙醇和去离子水，置于冰水浴中，搅拌并同时逐步滴加TiCl4，制成质量含量为10%的TiCl4的前驱液；⑵取步骤⑴前驱液3mL，加去离子水至50mL，在功率为70～90W的微波中反应4～30min，温度为100～250℃；自然冷却，反应产物经高速离心洗涤至无Cl-离子，最后用无水乙醇离心洗涤，于真空干燥箱中60℃～80℃下烘干得到白色粉体。采用微波加热法，大大缩短了纳米TiO2的合成时间，能源损耗低；并且工艺简单，合成条件易控制。而常规水热反应法制备TiO2纳米球的反应时间长，耗能大，给实际生产及应用方面带来诸多不利。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是一种二氧化钛纳米球的制备方法。
背景技术
纳米二氧化钛具有颗粒小，比表面积大，磁性强，光催化、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大，热导性好，分散性好，所制得的悬浮液稳定以及对人体无害等性能，因此在光催化、空气净化、紫外线吸收剂、高效光敏催化剂、防晒护肤化妆品、太阳能电池、精细陶瓷及气敏传感器元件等领域具有广泛和潜在的应用前景。
二氧化钛化学式TiO2，分子量为79.9，熔点1830～1850℃，沸点2500～3000℃。自然界存在的二氧化钛有三种晶型：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。
目前关于制备TiO2纳米材料的报道很多，制备方法主要有：水热合成法、原位湿化学法、超声波喷雾热解法、Sol－Gel法、模板法、水解法和微乳液法等。合成方法不同，不同钛源以及实际反应条件差异,其相转变温度也随之产生很大变化。制备具有特定晶形、颗粒分散性好的纳米球，反应需要在相对高的温度下进行。常规水热反应法制备TiO2纳米球的反应时间长，耗能大，给实际生产及应用方面带来诸多不利，因而研究一种能够快速、高效制备TiO2纳米球的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种二氧化钛纳米球的制备方法，大大缩短了合成时间，能源损耗低，工艺简单，合成条件易控制。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种二氧化钛纳米球的制备方法，包括以下步骤：
⑴、按等体积混匀无水乙醇和去离子水，置于冰水浴中，搅拌并同时逐步滴加TiCl4，制成质量含量为10%的TiCl4的前驱液；
⑵、取步骤⑴前驱液3mL，加去离子水至50mL，在功率为70～90W的微波中反应4～30min，温度为100～250℃；自然冷却，反应产物经高速离心洗涤至无Cl-离子，最后用无水乙醇离心洗涤，于真空干燥箱中60℃～80℃下烘干得到白色粉体。
本发明二氧化钛制备反应式为：TiCl4＋2H2O→TiO2+4HCl
与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用微波加热法，大大缩短了纳米TiO2的合成时间，能源损耗低；并且工艺简单，合成条件易控制。而常规水热反应法制备TiO2纳米球的反应时间长，耗能大，给实际生产及应用方面带来诸多不利。
微波作为一种新型的加热方式，其主要优点在于对反应体系快速升温、加快反应速率、缩短反应时间、提高反应选择性等方面独到的特点，已被广泛地应用于材料加工与化学合成等多个领域。目前国内外有关高压微波制备TiO2纳米球的研究还非常少。本发明将以TiCl4为钛源,通过微波加热并在不同的压力下制备TiO2纳米球，反应时间只需30min，极大地缩短了反应时间。
附图说明
图1为本发明所制备产物TiO2纳米球的SEM图；
图2为本发明所制备的TiO2纳米球的XRD图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
一种高压微波法制备二氧化钛纳米球的方法，其具体步骤如下：
1）前驱液的制备
在通风橱中将45ml无水乙醇与45ml去离子水混合，于烧杯A中（乙醇起抑制TiCl4快速水解的作用）。烧杯A置于冰水浴中，搅拌并同时逐步滴加TiCl4液10ml。从而配置出10%的TiCl4前驱液B。
2）微波反应程序设置
全自动微波反应仪（美国CEM公司，Explorer）预热30min，选择温控模式，设置功率为70～90W，反应时间为4～30min，温度范围100～200℃。
3）全自动微波合成
取不同体积的前驱液B，分别用去离子水稀释至50ml，得不同浓度的溶液C，将溶液C倒入聚四氟乙烯罐中，在确保反应罐密封性良好的情况下，分别于100～200℃下反应，反应时间4min，反应完毕后自然冷却，得产物液D。
4）微波反应产物纳米球的处理
产物液D经高速离心洗涤至无Cl-，得产物液E。可取1ml产物液E，滴加AgNO3，观察是否有沉淀，以确定有无Cl-。产物液E用无水乙醇离心洗涤两次，得到产物液F。将产物液F放入真空（0.1Pa）干燥箱，60℃下烘干24h，得到白色TiO2粉体，经扫描电镜观察，此粉体为TiO2纳米球，粒径范围50nm～200nm。
实施例2
一种高压微波法制备二氧化钛纳米球的方法，其具体步骤如下：
1）前驱液的制备
在通风橱中将80无水乙醇与80去离子水混合，于烧杯A中。烧杯A置于冰水浴中，搅拌并同时逐步滴加TiCl4液，配置质量百分含量为10%的TiCl4前驱液B。
2）微波反应程序设置
全自动微波反应仪（美国CEM公司，Explorer）预热30min，选择温控模式，设置功率为70～90W，反应时间为4～30min，温度范围100～200℃。
3）全自动微波合成
取不同体积的前驱液B，分别用去离子水稀释至50ml，得不同浓度的溶液C，将溶液C倒入聚四氟乙烯罐中，在确保反应罐密封性良好的情况下，分别于100～200℃下反应，反应时间30min，反应完毕后自然冷却，得产物液D。
4）微波反应产物纳米球的处理
产物液D经高速离心洗涤至无Cl-，得产物液E。可取1ml产物液E，滴加AgNO3，观察是否有沉淀，以确定有无Cl-。产物液E用无水乙醇离心洗涤两次，得到产物液F。将产物液F放入真空（0.3Pa）干燥箱，60℃下烘干24h，得到白色TiO2粉体，经扫描电镜观察，此粉体为TiO2纳米球，粒径范围50nm～200nm。
对上述实施例1和实施例2的产品进行检测，结果如图1和图2所示，图1中可看出产物的尺寸范围，由于本发明反应过程产物中HCl为挥发物，因此产品为二氧化钛的纳米颗粒；而进一步对产品进行X射线衍射测试，结果如图2，其中可看出出现了大量的金红石型TiO2的物相峰，XRD谱线中衍射峰强度大，半高宽较窄，这说明TiO2的结晶度较强，晶粒发育趋于完整。
Claims (1)
1.一种二氧化钛纳米球的制备方法，包括以下步骤：
⑴、按等体积混匀无水乙醇和去离子水，置于冰水浴中，搅拌并同时逐步滴加TiCl4，制成质量含量为10%的TiCl4的前驱液；
⑵、取步骤⑴前驱液3mL，加去离子水至50mL，在功率为70～90W的微波中反应4～30min，温度为100～250℃；自然冷却，反应产物经高速离心洗涤至无Cl-离子，最后用无水乙醇离心洗涤，于真空干燥箱中60℃～80℃下烘干得到白色粉体。
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