CN104609469B - 一种单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法，它是以四氯化钛和钛酸丁酯同时作为钛源，以四氯化钛水解得到的盐酸作为催化剂，并且水解得到的产物作为晶核诱导钛酸丁酯水解反应，通过控制四氯化钛、钛酸丁酯和去离子水的比例，搅拌和加热的时间得到固含量可调的稳定的钛溶胶。本发明采用四氯化钛和钛酸丁酯同时作为钛源，四氯化钛水解产物作为催化剂，避免了外加催化剂引入杂质，同时四氯化钛水解得到的晶核作为诱导，使得整个过程更加温和，并且得到钛溶胶形貌和固含量可控。该产品在光催化、织物添加、色谱填料等行业发展有着十分重要的潜在应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种无毒、无味、无污染超微细无机材料的制造方法，尤其是一种单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法。
背景技术
TiO2由于其具有高效、无毒、化学性质稳定等一系列的优点，在许多方面有广泛的应用。近年来，作为一种有竞争力的无机纳米材料，研究价值备受研究者的青睐。因为TiO2较高的光折射力而广泛应用在涂料和化妆品行业中；TiO2是一种良好的半导体，纳米TiO2所具有的的光催化性能被应用于降解有害有机物的方向，并且较高的光电转换率，在太阳电池方向也有很好的应用；TiO2因具有良好的化学稳定性和机械强度，近年来研究发现TiO2作为色谱分离的固定相同样具有很大的应用前景。
目前，制备纳米级TiO2的方法有很多，主要有气相法、液相法。这两种方法中，由于气相法产率低、成本高，因而制备纳米级TiO2多采用液相法。液相法中，水热合成法制备纳米材料技术比较成熟，原料易得，如专利“一种氨水调制合成高热稳定性纳米二氧化钛的方法”(公开号为CN101318696A)报道了经过氨水调制后，显著提高了锐钛矿型二氧化钛的相转变温度，利用水热合成法制得沉淀物经干燥灼烧得到了纳米二氧化钛。但是该方法普遍存在反应条件在高温、高压下进行，对设备和安全要求严格。溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛一般是以有机钛盐溶解于有机溶剂中(如无水乙醇等)，加入一定量的酸，转变成透明凝胶，经热处理得到TiO2纳米粒子。但凝胶颗粒之间烧结性差、干燥时收缩大、易团聚，并且加入有机溶剂通病就是有机试剂成本高、易挥发，不易长时间保存。水解法制备纳米TiO2，通过控制钛盐水解速度，调节溶液酸碱度或加入少量稳定剂，得到TiO2的水溶胶或是TiO2超细粉末。专利公开号为CN1834020A利用四氯化钛水解的方法得到二氧化钛水溶胶，但工艺中需要水解后，反复萃取过程冗杂，要求的设备繁多。在专利公布号为CN102730754A中，以钛酸酯为原料，先在水中水解，然后在酸的催化下使水解得到的沉淀溶解，得到TiO2水溶胶。该方法得到的钛溶胶并没有控制水解速度，整个过程也没有对溶胶的形貌进行导向控制，重现性也是存在的问题。
发明内容
针对上述情况，本发明拟解决的问题是提供一种方法简单、成本低，原材料取材广泛、适合工业化生产的，单分散、纳米二氧化钛水溶胶的制备方法。
本发明公开了一种单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法，它是以四氯化钛和钛酸丁酯同时作为钛源，以四氯化钛水解得到的盐酸作为催化剂，并且水解得到的产物作为晶核，诱导钛酸丁酯水解反应，通过控制四氯化钛、钛酸丁酯和去离子水的比例、水解时搅拌的速度和加热的时间得到固含量可调的稳定的钛溶胶。具体步骤如下：
A、在装有回流冷凝器的反应器中，加入去离子水，将其置于温度为3℃±2℃冰水浴中。开启搅拌并逐滴加入四氯化钛，使其反应水解，水解反应时间为0.5h～1h。其中四氯化钛、钛酸丁酯和去离子水的比例为1:2～7:77～577；
B、向A液逐滴加入钛酸丁酯后，放置在恒温水浴锅中保持温度50℃～60℃，经过0.5h～2h后结束反应，将反应液下层溶胶用分液漏斗分离出来，得到固含量为5％～30％的钛溶胶，溶胶透明带有蓝光。
进一步，上述四氯化钛、钛酸丁酯均为分析纯，钛溶胶pH始终保持在0.5～2.0之间。
进一步，所述搅拌的速度不小于600rpm。
本发明的有益效果是：
1、本发明是以四氯化钛和钛酸丁酯同时作为钛源，首先四氯化钛水解得到的盐酸作为催化剂，直接催化钛酸丁酯的水解，避免了外加催化剂；同时四氯化钛水解形成的晶核，对钛酸丁酯的水解进行晶核诱导，控制形成的钛溶胶颗粒形貌均一，且能够较稳定的存在，获得的二氧化钛水溶胶的固含量5％～30％。
2、采用本发明的方法制备的钛溶胶在光催化、织物添加、色谱填料等行业发展有着十分重要的潜在应用价值。
附图说明
图1是实施例一的扫描电镜图(SEM)
图2是实施例二的扫描电镜图(SEM)
图3是实施例三的扫描电镜图(SEM)
具体实施方式
实施例一
在装有回流冷凝器和电动搅拌的反应器中，加入去离子水90ml，将其置于温度为3℃±2℃冰水浴中。搅拌并逐滴加入四氯化钛2.2ml，使其水解反应0.5h。然后取钛酸丁酯15ml逐滴加入上述反应器中，放置在恒温水浴锅中保持温度60℃，经过1h后结束反应，将反应液下层溶胶用分液漏斗分离出来，得到pH为2的溶胶，溶胶透明带有蓝光。
实施例二
在装有回流冷凝器和电动搅拌的反应器中，加入去离子水50ml，将其置于温度为3℃±2℃冰水浴中。搅拌并逐滴加入四氯化钛1.0ml，使其水解反应1h。然后取钛酸丁酯15ml逐滴加入上述反应器中，放置在恒温水浴锅中保持温度50℃，经过2h后结束反应，将反应液下层溶胶用分液漏斗分离出来，得到pH为1.5的溶胶，溶胶透明带有蓝光。
实施例三
在装有回流冷凝器和电动搅拌的反应器中，加入去离子水30ml，将其置于温度为3℃±2℃冰水浴中。搅拌并逐滴加入四氯化钛3.0ml，使其水解反应0.5h。然后取钛酸丁酯30ml逐滴加入上述反应器中，放置在恒温水浴锅中保持温度50℃，经过0.5h后结束反应，将反应液下层溶胶用分液漏斗分离出来，得到pH为1的溶胶，溶胶透明带有蓝光。
Claims (3)
1.一种单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
A、在装有回流冷凝器的反应器中，加入去离子水，将其置于温度为3℃±2℃冰水浴中；开启搅拌并逐滴加入四氯化钛，使其反应水解，水解反应时间为0.5h～1h；其中四氯化钛、钛酸丁酯和去离子水的比例为1:2～7:77～577；
B、保持搅拌，向A液逐滴加入钛酸丁酯后，放置在恒温水浴锅中保持温度50℃～60℃，经过0.5h～2h后结束反应，将反应液下层溶胶用分液漏斗分离出来，得到固含量为5％～30％的钛溶胶。
2.根据权利要求1所述的单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法中，其特征在于上述四氯化钛、钛酸丁酯均为分析纯，钛溶胶pH始终保持在0.5～2.0之间。
3.根据权利要求1所述的单分散、纳米二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于所述搅拌的速度不小于600rpm。
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Granted publication date: 20170104 Termination date: 20220125 |