CN1373089A - 一种锐钛矿相纳米TiO2的制备方法 - Google Patents

一种锐钛矿相纳米TiO2的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高温稳定的锐钛矿相纳米TiO2的制备方法,以低廉的偏钛酸为原料,经硫酸溶解后得到硫酸氧钛溶液,在一定浓度下滴加氨水,氢氧化钠或氨水与碳酸铵的混合溶液,得到正钛酸,将正钛酸洗净后干燥,在不同温度锻烧,可得到30～80nm范围的纳米锐钛TiO2。该方法的特点是原料低廉,产品在800℃时仍可以保持锐钛矿相,不向金红石转化,且晶粒在高温并无迅速长大,仍能保持< 100nm,分散性较好,该方法成本低,工艺条件简单,易于大规模生产。

Description

一种锐钛矿相纳米TiO2的制备方法
技术领域
本发明涉及锐钛矿相纳米TiO2的制备，属精细化工领域，使用本方法可制备在高温仍稳定存在的纳米锐钛矿相TiO2。
背景技术
纳米TiO2是指晶粒尺寸小于100纳米的二氧化钛产品，由于其颗粒小，比表面积大，因而有较高的化学活性，广泛地应用于化工生产中。二氧化钛有三种晶型：锐钛，金红石和板钛矿，前面两种为目前广泛应用的品种。金红石广泛地应用于涂料，化妆品，防晒霜，高档油漆中，其着色力优于锐钛矿。而锐钛矿相则广泛地应用于化纤消光，光催化去污，光催化杀菌，其光化活性优于金红石TiO2。锐钛矿相在低温稳定，但到了高温一般在600℃就开始向金红石转化，800℃大多以金红石相为主要存在晶相，且该晶相转变是不可逆过程。为了利用锐钛矿相的光催化去污杀菌性，需将其固化在玻璃和陶瓷的表面而起到易清洁且抗菌的特点，但将TiO2固化在玻璃或陶瓷的表面，特别是对陶瓷，其釉面熔化温度一般在800℃以上，因此要求在高温稳定且保持纳米晶的锐钛矿相TiO2。目前制备TiO2的方法一般是采取TiCl4水解或高温火焰法来得到，如德国的P25产品为TiCl4火焰法制备，粒径为30nm，锐钛矿相与金红石相并存为锐钛∶金红石＝80∶20，TiCl4水解法制备的TiO2在700℃时已开始向金红石转化且粒度＞100nm。传统的硫酸法制备的TiO2在800℃仍能保持大部分锐钛矿相，但其粒径较大，大于0.5μm，不属于纳米晶。有用溶胶凝胶法制备的锐钛纳米TiO2，品质较好但成本太高，只宜实验室制备和使用。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种成本较低且在高温稳定的锐钛矿相纳米TiO2的制备方法。
本发明提供的技术方案是，一种锐钛矿相纳米TiO2的制备方法：
(1)用H2SO4溶解偏钛酸得到硫酸氧钛；
(2)稀释硫酸氧钛溶液浓度在0.05～0.5mol/L；
(3)用氨水，(NH4)2CO3与NaOH或氨水的混合液调节PH至8-11；
(4)洗涤正钛酸用3％的Ba(NO3)2测定至无SO4 -；
(5)锻烧温度控制在500～800℃，处理时间是1～2小时；
按上述步骤即可得到均匀，分散较好的纯锐钛相的30～80nm的TiO2。
本发明的突出特点：
1.工艺简单，原料低廉，易于大规模生产。
2.可控制温度得到不同大小锐钛矿纳米二氧化钛。
3.在800℃的高温仍为稳定的纯锐钛，并且晶粒仅为80nm大小。
附图说明：
图1为本发明在500℃煅烧所得产品的TEM照片，放大倍数33000；
图2为本发明在800℃煅烧所得产品的TEM照片，放大倍数33000；
图3为本发明的工艺流程图。
具体实施方式本发明的制备流程如图3所示：
1、偏钛酸和硫酸为市售产品，经加热溶解可得到硫酸氧钛溶液。
2、将硫酸氧钛稀释至0.05～0.5mol/升浓度，然后滴加氨水，10％的NaOH或氨水和10-20％(NH4)2CO3的混合液，缓慢滴加并搅拌，将有大量CO2气体产生，调节PH至8-11。
3、用大量的水洗涤沉淀，至SO4 -洗净。
4、干燥洗净沉淀，除去表面水。
5、升温锻烧，根据需要在500℃～800℃区间内恒温。温区的设定与纳米晶的大小有关，在500℃恒温可得到约30nm的TiO2晶粒。在800℃恒温晶粒已长大，80nm左右，但皆为纯的锐钛矿相，图1为500℃的产品的TEM照片，图2为800℃时的TEM照片，由图可知，样品的分散性较好，晶粒均匀。800℃恒温1小时后的x-射线衍射图主要衍射峰为：25.28°(100)，48.09°(29)，37.85°(20)，53.90°(18)，55.06°(17)，是锐钛矿相的特征峰，且未发现任何金红石的特征衍射峰[27.45°(100)]。
实施例1：偏钛酸用浓H2SO4溶解，得到硫酸氧钛溶液，加水稀释至0.4mol/升，控制下滴加10％NaOH和10％的(NH4)2CO3的混合溶液，边加边搅拌，直到PH＝8，约经过1小时滴完，然后过滤反应物，并洗涤沉淀，洗至3％的Ba(NO3)2检查不到SO4 -，然后100℃干燥脱去表面水，500℃煅烧1小时，得到产品，其大小形貌见图1，粒子均匀，大小为30nm左右。
实施例2：偏钛酸用浓H2SO4溶解，得到硫酸氧钛溶液，加水稀释至0.06mol/升，控制下缓慢滴加10％的氨水和20％的(NH4)2CO3的混合液，边加边搅拌，直到PH＝10，约经过1小时滴完，然后过滤反应物，并洗涤沉淀，至3％的Ba(NO3)2检查不到SO4 -，然后100℃干燥脱去表面水，800℃煅烧1小时，得到产品，其大小形貌见图2，粒子均匀，大小为50nm～80nm，其X-射线衍射图全为锐钛矿相的特征峰，无任何金红石的信号。
实施例3：偏钛酸用浓H2SO4溶解，得到硫酸氧钛溶液，加水稀释至0.2mol/升，控制下滴加10％的氨水，边加边搅拌，直到PH＝9，约经过1小时滴完，然后过滤反应物，并洗涤沉淀，洗至3％的Ba(NO3)2检查不到SO4 -，然后100℃干燥脱去表面水，700℃煅烧1小时，得到产品。

Claims (1)

  1. 一种锐钛矿相纳米TiO2的制备方法，其特征在于：
    (1)用H2SO4溶解偏钛酸得到硫酸氧钛；
    (2)稀释硫酸氧钛溶液浓度在0.05～0.5mol/L；
    (3)用氨水，(NH4)2CO3与NaOH或氨水的混合液调节PH至8-11；
    (4)洗涤正钛酸至无SO4 -；
    (5)锻烧温度控制在500～800℃，处理时间是1--2小时；
    按上述步骤即可得到均匀，分散较好的纯锐钛相的30～80nm的TiO2。
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