一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，屬于催化吸附【技術領域】。所述方法為：(A)將四氯化鈦滴加到酸溶液中，充分攪拌制得溶液1；(B)將溶液1用水稀釋，在恒溫水浴中震蕩，得到溶液2；(C)將溶液2進行超聲，得到溶液3；(D)將溶液3在室溫下陳化，離心分離得到固體，水洗、干燥后即得到所述金紅石相二氧化鈦微球。所述方法工藝簡單可靠，采用該方法制備得到的二氧化鈦微球粒徑大小可控，形狀規(guī)則，且純度和產(chǎn)率均較高。
【專利說明】一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，屬于催化吸附【技術領域】。

【背景技術】
[0002]納米二氧化鈦具有光催化性能，活性高、氧化能力強、化學穩(wěn)定性好、持續(xù)性長、價格便宜、對人體無害等優(yōu)點，在實際應用中工藝流程簡單，操作條件易控制，無二次污染，是理想的環(huán)保型光催化劑，在環(huán)境保護特別是在環(huán)境污染治理方面將發(fā)揮重要作用，但是所有的這一切都針對銳鈦礦或者它與少量金紅石的混合晶體而言的，因為銳鈦礦二氧化鈦比金紅石相二氧化鈦有更高的氧化還原電位和較低的電子-空穴復合速率，實際上預示著高的催化能力和光轉(zhuǎn)化效率。金紅石相二氧化鈦最大吸收波長在可見光區(qū)，在綠色能源利用越來越深入人心的今天，單相金紅石二氧化鈦的研宄越來越多，也越來越有意義。
[0003]隨著納米科學的發(fā)展，可控納米結構的無機材料合成成為材料化學領域的研宄熱點。如何制備出傳質(zhì)能力強、比表面積高、且具有特殊表面功能基團的三維納米結構材料，在吸附分離及催化等領域中變得越來越重要。最簡單的三維納米結構的構建過程是自組裝，在這個自發(fā)過程中材料進行均一的聚集，但是，影響材料性能的形貌和結構的可控，簡易合成仍然是一項挑戰(zhàn)。不同納米結構二氧化鈦材料的合成越來越多，如線形、球形、管狀、片狀二氧化鈦已被成功合成，但是無論是采用模板法還是無模板法制備復雜的三維結構仍然是很困難的。截止目前，除模板法中介紹的三維二氧化鈦納米結構的制備及應用外，研宄者開展了三維納米結構二氧化鈦的相關制備工作，在這些研宄中，以鈦酸丁酯和四氯化鈦作為鈦源，通過乙醇水溶液來控制水解速率或者加入其它物質(zhì)(如堿，尿素，表面活性劑等)，采用水熱或者低溫制備的方法，但是制備過程仍然較為復雜，這也是實際應用過程中有待解決的問題。
[0004]綜上所述，在低溫條件下獲得粒徑可控的金紅石相二氧化鈦微球，實現(xiàn)二氧化鈦納米材料形貌和結構的可控，達到實現(xiàn)納米材料簡易制備和提高材料性能的目的，是本發(fā)明所要解決的技術問題，也是本發(fā)明的立足點和出發(fā)點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有的金紅石相二氧化鈦制備方法復雜，且材料的形貌和結構難以控制的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，所述方法工藝簡單可靠，采用該方法制備得到的二氧化鈦微球粒徑大小可控，形狀規(guī)則，且純度和產(chǎn)率均較尚O
[0006]本發(fā)明的目的由以下技術方案實現(xiàn):
[0007]一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，所述方法步驟如下:
[0008](A)在O?10°C下將四氯化鈦滴加到酸溶液中，充分攪拌制得溶液I ;其中，四氯化鈦與酸溶液的體積比為1:1?1:5 ;酸溶液的濃度為3mol/L ；
[0009](B)將溶液I用水稀釋，使得鈦離子濃度為0.10?0.50mol/L，在40?70°C恒溫水浴中震蕩I?6h，得到溶液2 ；
[0010](C)將溶液2在40?70°C條件下超聲5?60min，得到溶液3 ；
[0011](D)將溶液3在室溫下陳化O?24h，離心分離得到固體，水洗、干燥后即得到所述金紅石相二氧化鈦微球；
[0012]其中，步驟(A)中所述酸溶液優(yōu)選為鹽酸；
[0013]步驟(B)稀釋所用水優(yōu)選為去離子水；
[0014]步驟(D)所述干燥優(yōu)選為真空干燥；
[0015]通過控制步驟(B)中的鈦離子濃度來獲得不同粒徑的金紅石相二氧化鈦微球；
[0016]當步驟(B)中鈦離子的濃度為0.41?0.50mol/L范圍內(nèi)時，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在800?1600nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在IlOOnm?1300nm范圍內(nèi)；
[0017]當步驟(B)中鈦離子的濃度為0.31?0.40mol/L范圍內(nèi)時，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在600?I 10nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75 %以上分布在700nm?900nm范圍內(nèi)；
[0018]當步驟(B)中鈦離子的濃度為0.21?0.30mol/L范圍內(nèi)時，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在300?700nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在400nm?600nm范圍內(nèi)；
[0019]當步驟(B)中鈦離子的濃度為0.10?0.20mol/L范圍內(nèi)時，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在50?400nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在200nm?350nm范圍內(nèi)。
[0020]有益效果
[0021]制備原料為四氯化鈦和鹽酸、水，不用添加其它輔助試劑，因此產(chǎn)品純度高；制備得到的二氧化鈦微球是由金紅石相的二氧化鈦納米顆粒構筑而成，粒徑大小可控，形狀規(guī)則均一，且可在50?1600nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；制備工藝簡單可靠，產(chǎn)品產(chǎn)率高，可以應用到二氧化鈦的可控制備，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施實例I制備的金紅石相二氧化鈦微球的X射線衍射圖。
[0023]圖2是本發(fā)明實施實例I制備的金紅石相二氧化鈦微球的掃描電子顯微鏡照片。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0025]實施例1
[0026](I)配制250mL鹽酸溶液(3mol/L)，將其轉(zhuǎn)移到500mL的三口燒瓶，置于冰浴中；將50mL四氯化鈦滴加到三口燒瓶中，滴加過程中放熱，反應迅速，器壁上有少許淡黃色沉淀生成，緊接著在酸中溶解，反應生成透明黃綠色的溶液，Ih滴加完全，然后繼續(xù)攪拌Ih使溶液均勻，反應徹底。
[0027](2)取1mL(I)中制備的透明黃綠色溶液，在攪拌下用20mL去離子水稀釋，攪拌均勻。稀釋過程中放熱但不劇烈，溶液由黃綠色變成無色，過程中生成Ti4+，鈦離子濃度為0.50mol/Lo將稀釋后溶液置于70°C的恒溫水浴震蕩器中震蕩，震蕩過程中溶液變渾濁，表明有二氧化鈦生成。震蕩Ih后，將其取出，轉(zhuǎn)移到超聲容器中，保持水浴溫度70°C，超聲60min ;接著在室溫條件下陳化24h，離心分離得到固體，并將所得固體水洗，向水洗液中滴加硝酸銀沒有白色沉淀出現(xiàn)，以確定氯離子去除完全。
[0028](3)將⑵中得到的固體置于真空干燥箱中烘干(70°C，0.latm)，6h后烘干取出。即得金紅石相二氧化鈦微球材料，產(chǎn)量為2.4200g，產(chǎn)率為99.7%。所述材料的晶型如圖1所示，說明所述材料為金紅石相的二氧化鈦微球，圖1還可看出只有二氧化鈦的特征峰，沒有雜質(zhì)峰，說明所述材料純度高。所述材料的掃描電子顯微鏡照片如圖2所示，二氧化鈦為微球結構，由納米顆粒構成。通過納米粒度及Zeta電位分析儀測試，結果表明材料的粒徑分布為800nm?1600nm，且微球粒徑82%分布在IlOOnm?1300nm范圍內(nèi)，與掃描電鏡的掃描結果相符。
[0029]實施例2
[0030](I)配制10mL鹽酸溶液(3mol/L)，將其轉(zhuǎn)移到500mL的三口燒瓶，置于冰浴中；將10mL四氯化鈦滴加到三口燒瓶中，滴加過程中放熱，反應迅速，器壁上有少許淡黃色沉淀生成，緊接著在酸中溶解，反應生成透明黃綠色的溶液，Ih滴加完全，然后繼續(xù)攪拌Ih使溶液均勻，反應徹底。
[0031](2)取1mL(I)中制備的透明黃綠色溶液，在攪拌下用10mL去離子水稀釋，攪拌均勻。稀釋過程中放熱但不劇烈，溶液由黃綠色變成無色，過程中生成Ti4+，鈦離子濃度為0.41mol/Lo將稀釋后溶液置于40°C的恒溫水浴震蕩器中震蕩，震蕩過程中溶液變渾濁，表明有二氧化鈦生成。震蕩6h后，將其取出，轉(zhuǎn)移到超聲容器中，保持水浴溫度40°C，超聲5min ;不經(jīng)陳化離心分離得到固體，并將所得固體水洗，向水洗液中滴加硝酸銀沒有白色沉淀出現(xiàn)，以確定氯離子去除完全。
[0032](3)將⑵中得到的固體置于真空干燥箱中烘干(70°C，0.latm)，6h后烘干取出。即得金紅石相二氧化鈦微球材料，產(chǎn)量為3.6540g，產(chǎn)品產(chǎn)率為100%。通過所述材料X射線衍射圖可知所述材料為金紅石相的二氧化鈦微球，且只有二氧化鈦的特征峰，沒有雜質(zhì)峰，說明所述材料純度高。通過納米粒度及Zeta電位分析儀測試，結果表明材料的粒徑分布為800nm?1600nm，且微球粒徑75%分布在IlOOnm?1300nm范圍內(nèi)，通過所述材料的掃描電子顯微鏡照片可以確定制備得到的二氧化鈦微球大小相近，形狀規(guī)則，由納米顆粒構成。
[0033]實施例3
[0034](I)配制200mL鹽酸溶液(3mol/L)，將其轉(zhuǎn)移到500mL的三口燒瓶，置于冰浴中；將50mL四氯化鈦滴加到三口燒瓶中，滴加過程中放熱，反應迅速，器壁上有少許淡黃色沉淀生成，緊接著在酸中溶解，反應生成透明黃綠色的溶液，Ih滴加完全，然后繼續(xù)攪拌Ih使溶液均勻，反應徹底。
[0035](2)取1mL(I)中制備的透明黃綠色溶液，在攪拌下用30mL去離子水稀釋，攪拌均勻。稀釋過程中放熱但不劇烈，溶液由黃綠色變成無色，過程中生成Ti4+，鈦離子濃度為0.45mol/Lo將稀釋后溶液置于55°C的恒溫水浴震蕩器中震蕩，震蕩過程中溶液變渾濁，表明有二氧化鈦生成。震蕩4h后，將其取出，轉(zhuǎn)移到超聲容器中，保持水浴溫度60°C，超聲30min ;接著在室溫條件下陳化12h，離心分離得到固體，并將所得固體水洗，向水洗液中滴加硝酸銀沒有白色沉淀出現(xiàn)，以確定氯離子去除完全。
[0036](3)將⑵中得到的固體置于真空干燥箱中烘干(70°C，0.latm)，6h后烘干取出。即得金紅石相二氧化鈦微球材料，產(chǎn)量為1.4554g，產(chǎn)品產(chǎn)率為99.9%。通過所述材料X射線衍射圖可知所述材料為金紅石相的二氧化鈦微球，且只有二氧化鈦的特征峰，沒有雜質(zhì)峰，說明所述材料純度高。通過納米粒度及Zeta電位分析儀測試，結果表明材料的粒徑分布為800nm?1600nm，且微球粒徑80%分布在IlOOnm?1300nm范圍內(nèi)。通過所述材料的掃描電子顯微鏡照片可以確定制備得到的二氧化鈦微球大小相近，形狀規(guī)則。
[0037]實施例4
[0038](I)配制200mL鹽酸溶液(3mol/L)，將其轉(zhuǎn)移到500mL的三口燒瓶，置于冰浴中；將50mL四氯化鈦滴加到三口燒瓶中，滴加過程中放熱，反應迅速，器壁上有少許淡黃色沉淀生成，緊接著在酸中溶解，反應生成透明黃綠色的溶液，Ih滴加完全，然后繼續(xù)攪拌Ih使溶液均勻，反應徹底。
[0039](2)取1mL(I)中制備的透明黃綠色溶液，在攪拌下用42mL去離子水稀釋，攪拌均勻。稀釋過程中放熱但不劇烈，溶液由黃綠色變成無色，過程中生成Ti4+，鈦離子濃度為0.35mol/Lo將稀釋后溶液置于55°C的恒溫水浴震蕩器中震蕩，震蕩過程中溶液變渾濁，表明有二氧化鈦生成。震蕩3h后，將其取出，轉(zhuǎn)移到超聲容器中，保持水浴溫度55°C，超聲20min ;接著在室溫條件下陳化12h，離心分離得到固體，并將所得固體水洗，向水洗液中滴加硝酸銀沒有白色沉淀出現(xiàn)，以確定氯離子去除完全。
[0040](3)將⑵中得到的固體置于真空干燥箱中烘干(70°C，0.latm)，6h后烘干取出。即得金紅石相二氧化鈦微球材料，產(chǎn)量為1.4481g，產(chǎn)品產(chǎn)率為99.4%。通過所述材料X射線衍射圖可知所述材料為金紅石相的二氧化鈦微球，且只有二氧化鈦的特征峰，沒有雜質(zhì)峰，說明所述材料純度高。通過納米粒度及Zeta電位分析儀測試，結果表明材料的粒徑分布600?IlOOnm范圍內(nèi)，且微球粒徑85%分布在700nm?900nm范圍內(nèi)。通過所述材料的掃描電子顯微鏡照片可以確定制備得到的二氧化鈦微球大小相近，形狀規(guī)則，由納米顆粒構成。
[0041]實施例5
[0042](I)配制150mL鹽酸溶液(3mol/L)，將其轉(zhuǎn)移到250mL的三口燒瓶，置于冰浴中；將50mL四氯化鈦滴加到三口燒瓶中，滴加過程中放熱，反應迅速，器壁上有少許淡黃色沉淀生成，緊接著在酸中溶解，反應生成透明黃綠色的溶液，Ih滴加完全，然后繼續(xù)攪拌Ih使溶液均勻，反應徹底。
[0043](2)取1mL(I)中制備的透明黃綠色溶液，在攪拌下用SlmL去離子水稀釋，攪拌均勻。稀釋過程中放熱但不劇烈，溶液由黃綠色變成無色，過程中生成Ti4+，鈦離子濃度為0.25mol/Lo將稀釋后溶液置于55°C的恒溫水浴震蕩器中震蕩，震蕩過程中溶液變渾濁，表明有二氧化鈦生成。震蕩3h后，將其取出，轉(zhuǎn)移到超聲容器中，保持水浴溫度65°C，超聲40min ;接著在室溫條件下陳化16h，離心分離得到固體，并將所得固體水洗，向水洗液中滴加硝酸銀沒有白色沉淀出現(xiàn)，以確定氯離子去除完全。
[0044](3)將⑵中得到的固體置于真空干燥箱中烘干(70°C，0.latm)，6h后烘干取出。即得金紅石相二氧化鈦微球材料，產(chǎn)量為1.8198g，產(chǎn)品產(chǎn)率為99.9%。通過所述材料X射線衍射圖可知所述材料為金紅石相的二氧化鈦微球，且只有二氧化鈦的特征峰，沒有雜質(zhì)峰，說明所述材料純度高。通過納米粒度及Zeta電位分析儀測試，結果表明材料的粒徑分布在300?700nm范圍內(nèi)，且微球粒徑80%分布在400nm?600nm范圍內(nèi)。通過所述材料的掃描電子顯微鏡照片可以確定制備得到的二氧化鈦微球大小相近，形狀規(guī)則，由納米顆粒構成。
[0045]本發(fā)明包括但不限于以上實施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，所述方法步驟如下: (A)在0?10°C下將四氯化鈦滴加到酸溶液中，充分攪拌制得溶液1;其中，四氯化鈦與酸溶液的體積比為1:1?1:5 ;酸溶液的濃度為3mol/L ； (B)將溶液1用水稀釋，使得鈦離子濃度為0.10?0.50mol/L，在40?70°C恒溫水浴中震蕩1?6h，得到溶液2 ; (C)將溶液2在40?70°C條件下超聲5?60min，得到溶液3； (D)將溶液3在室溫下陳化0?24h，離心分離得到固體，水洗、干燥后即得到所述金紅石相二氧化鈦微球。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(A)中所述酸溶液為鹽酸。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(B)稀釋所用水為去離子水。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(D)所述干燥為真空干燥。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，通過控制步驟(B)中的鈦離子濃度來獲得不同粒徑的金紅石相二氧化鈦微球。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(B)中鈦離子的濃度為0.41?0.50mol/L，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在800?1600nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在llOOnm?1300nm范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(B)中鈦離子的濃度為0.31?0.40mol/L，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在600?llOOnm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在700nm?900nm范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(B)中鈦離子的濃度為0.21?0.30mol/L，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在300?700nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在400nm?600nm范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種金紅石相二氧化鈦微球的可控制備方法，其特征在于，步驟(B)中鈦離子的濃度為0.10?0.20mol/L，最終得到金紅石相二氧化鈦微球的粒徑在50?400nm范圍內(nèi)，且微球粒徑75%以上分布在200nm?350nm范圍內(nèi)。
【文檔編號】C01G23/053GK104495917SQ201410741776
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】郭敬維, 蘇玲燕, 董云峰, 張巖, 黃國慶, 代偉娜, 李曉昆, 李 杰 申請人:邯鄲派瑞化工科技有限公司