專(zhuān)利名稱(chēng)：核－殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦由于顆粒的超細(xì)化，產(chǎn)生了許多大顆粒二氧化鈦所不具備的特性(1)比表面積大；(2)表面活性能高；(3)紫外光屏蔽率高；(4)磁性強(qiáng)；(5)熱導(dǎo)性好。因而在光催化、功能高分子材料、傳感器、催化劑載體等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。隨著納米二氧化鈦應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，如何制備性能優(yōu)異、成本低、分散性好的納米二氧化鈦，成為研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。各種相應(yīng)的制備方法應(yīng)運(yùn)而生如氣相水解法、氣相氧化法、膠溶法、溶膠凝膠法、水熱合成法、液相沉淀法等，氣相水解法和氣相氧化所制備的納米二氧化鈦純度高、粒徑小、分散性好，但反應(yīng)在高溫下瞬間完成，對(duì)設(shè)備和工藝控制要求較高，難以工業(yè)化推廣；膠溶法制備的納米二氧化鈦分散性、透明度高，但工藝流程長(zhǎng)、成本較高；溶膠凝膠法成本較高，比較適合于原位復(fù)合法制備納米二氧化鈦復(fù)合材料；水熱法制備的納米二氧化鈦粒徑小、分布均勻、團(tuán)聚少，但設(shè)備要求耐高壓、高溫，成本較高；相比較而言，液相沉淀法制備納米二氧化鈦成本較低，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，工藝條件易于控制，適合于工業(yè)化推廣，控制工藝條件，可以控制粒子尺寸和分布。中國(guó)專(zhuān)利CN1192992公開(kāi)了一種均勻沉淀法制備納米二氧化鈦的方法，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化。
上述眾多技術(shù)方法，都可以制備粒徑較小的納米二氧化鈦，但提高納米二氧化鈦的分散及分散穩(wěn)定性，特別是防止應(yīng)用過(guò)程中的二次凝聚，依然是一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。為了解決納米二氧化鈦的凝聚和分散問(wèn)題，更好地發(fā)揮納米二氧化鈦的優(yōu)異性能，通常采用表面處理的方法，提高納米二氧化鈦的分散性。
中國(guó)專(zhuān)利CN1296917公開(kāi)了一種納米二氧化鈦表面處理的方法，是在二氧化鈦成型之后，采用表面活性劑，分別進(jìn)行親水和親油處理，提高了納米二氧化鈦的分散性。中國(guó)專(zhuān)利CN1328962公開(kāi)了一種制備納米二氧化鈦的方法，是在洗滌過(guò)濾之后進(jìn)行無(wú)機(jī)包膜處理，提高納米二氧化鈦的分散性和耐候性。中國(guó)專(zhuān)利CN1296917公開(kāi)了一種復(fù)合單分散均勻納米二氧化鈦球型顆粒的制備方法，是以鈦酸酯為原料，在極性有機(jī)溶劑中添加二氧化硅，制備尺寸可控的分散性好的納米二氧化鈦。
納米二氧化鈦表面處理的方法還有很多，如高能處理法、機(jī)械化學(xué)法、表面接枝法等。其大部分是采用后處理的方法，工藝線(xiàn)路較長(zhǎng)，且后處理的方法所制備的納米二氧化鈦，許多物理指標(biāo)均取決于其前道工序，因而后處理功能發(fā)揮受到一定程度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物及其制備方法，采用均勻沉淀法，一步完成沉淀反應(yīng)和化學(xué)處理，制備分散性穩(wěn)定的核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物，其組分為T(mén)iO290-99％SiO2或Al2O3或SiO2+Al2O31-10％。
復(fù)合物的粒徑為30-80nm。
一種核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法，采用均勻共沉淀法，以偏鈦酸為原料，尿素為沉淀劑，以Al2(SO4)3或Na2SiO3或Al2(SO4)3+Na2SiO3為無(wú)機(jī)分散劑，包括下列步驟(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸，加入18％的硫酸溶液，調(diào)節(jié)PH值至1-2，攪拌并緩慢加熱至90-100℃，反應(yīng)1-1.5小時(shí)；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為1∶1-5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1-1.5小時(shí)；(3)定量稱(chēng)取硫酸鋁或硅酸鈉或硫酸鋁+硅酸鈉，緩慢加入步驟(2)的混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2-3小時(shí)，得白色沉淀；(4)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400-800℃下煅燒，得到納米二氧化鈦的復(fù)合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明采用均勻共沉淀法，溶劑為水，產(chǎn)物易于純化，無(wú)污染。
2.本發(fā)明采用沉淀反應(yīng)和化學(xué)處理的一步法制備方法，工序短，工藝條件可控，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和粒徑可控。
3.本發(fā)明的粒徑小，分散性好。


圖1為核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的結(jié)構(gòu)示意圖；其中A-二氧化鈦；B-鈦、硅和/或鋁的復(fù)合物。
圖2為實(shí)施例一、二、三與對(duì)比例實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照表；圖3為X射線(xiàn)衍射圖譜；圖4為納米粉體在去離子水中的濁度-時(shí)間曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法之一(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，調(diào)節(jié)PH值至1-2，攪拌并緩慢加熱至95℃，反應(yīng)1.5小時(shí)；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1.2小時(shí)；(3)定量稱(chēng)取硅酸鈉3.03g，分散在30ml水中，緩慢加入步驟(2)的混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.5小時(shí)，得白色沉淀；(4)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400℃下煅燒，得到納米二氧化鈦/二氧化硅的復(fù)合物。
實(shí)施例二核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法之二(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，調(diào)節(jié)PH值至1-2，攪拌并緩慢加熱至95℃，反應(yīng)1.5小時(shí)；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1.2小時(shí)；(3)定量稱(chēng)取硫酸鋁2.13g，分散在30ml水中，緩慢加入步驟(2)的混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.5小時(shí)，得白色沉淀；(4)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400℃下煅燒，得到納米二氧化鈦/三氧化二鋁的復(fù)合物。
實(shí)施例三核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法之三(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，調(diào)節(jié)PH值至1-2，攪拌并緩慢加熱至95℃，反應(yīng)1.5小時(shí)；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1.2小時(shí)；
(3)定量稱(chēng)取硅酸鈉1.52g和硫酸鋁1.07g，分散在30ml水中，緩慢加入步驟(2)的混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.5小時(shí)，得白色沉淀；(4)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400℃下煅燒，得到納米二氧化鈦/二氧化硅/三氧化二鋁的復(fù)合物。
對(duì)比例均勻沉淀法制備納米二氧化鈦(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸9.8g，加入30ml的18％硫酸溶液，調(diào)節(jié)pH值至1～2，攪拌并緩慢加熱至95℃，反應(yīng)1.5hr；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1.2hr；(3)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400℃下煅燒，得到納米二氧化鈦。
經(jīng)上述步驟制備的納米二氧化鈦系復(fù)合物，經(jīng)透射電鏡檢測(cè)，初級(jí)粒子尺寸為30-80nm，經(jīng)X-射線(xiàn)衍射檢測(cè)，晶粒尺寸為10-30nm，經(jīng)X-射線(xiàn)電子能譜分析，硅或鋁的氧化物主要富集于表面的殼層，經(jīng)沉降性分析，該核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物在去離子水中的沉降速度緩慢，分散性大大優(yōu)于同樣方法制備的納米二氧化鈦。
權(quán)利要求
1.一種核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物，其組分為T(mén)iO290-99％SiO2或Al2O3或SiO2+Al2O31-10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物，其特征在于所述復(fù)合物的粒徑為30-80nm。
3.一種如上所述的核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法，其特征在于采用均勻共沉淀法，以偏鈦酸為原料，尿素為沉淀劑，以Al2(SO4)3或Na2SiO3或Al2(SO4)3+Na2SiO3為無(wú)機(jī)分散劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核-殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物的制備方法，其特征在于包括下列步驟(1)定量稱(chēng)取偏鈦酸，加入18％的硫酸溶液，調(diào)節(jié)PH值至1-2，攪拌并緩慢加熱至90-100℃，反應(yīng)1-1.5小時(shí)；(2)定量稱(chēng)取尿素，尿素與偏鈦酸的摩爾比為1∶1-5∶1，加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1-1.5小時(shí)；(3)定量稱(chēng)取硫酸鋁或硅酸鈉或硫酸鋁+硅酸鈉，緩慢加入步驟(2)的混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2-3小時(shí)，得白色沉淀；(4)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥后在400-800℃下煅燒，得到納米二氧化鈦的復(fù)合物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種核－殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物及其制備方法，采用均勻沉淀法，一步完成沉淀反應(yīng)和化學(xué)處理，經(jīng)透射電鏡檢測(cè)，初級(jí)粒子尺寸為30－80nm，經(jīng)X－射線(xiàn)衍射檢測(cè)，晶粒尺寸為10－30nm，經(jīng)X－射線(xiàn)電子能譜分析，硅或鋁的氧化物主要富集于表面的殼層，經(jīng)沉降性分析，該核－殼結(jié)構(gòu)納米鈦系復(fù)合物在去離子水中的沉降速度緩慢，分散性大大優(yōu)于同樣方法制備的納米二氧化鈦。
文檔編號(hào)C04B35/46GK1473791SQ0313221
公開(kāi)日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者王華平, 莊毅, 張玉梅 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 東華大學(xué)