專利名稱：高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦是一種重要的光催化材料，在特定波長(zhǎng)光線的照射下受激活化，可產(chǎn)生超親水性和常溫深度氧化能力，由此有了自清潔分解有機(jī)物，除臭和殺菌多種功能。因此，納米二氧化鈦的制備成為各國的研究重點(diǎn)。目前，具有高熱穩(wěn)定性單分散銳鈦型納米二氧化鈦的制備更成為材料領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題之一。W.Wang等采用表面包覆技術(shù)，將SiO2、Al2O3及有機(jī)物等包覆在TiO2表面，試圖解決納米TiO2在不同介質(zhì)中的分散問題(J.Phys.Chem.B.2004，108(39)14789-14792)；C.Wang等采用組裝技術(shù)將納米顆粒組裝在載體表面，即想解決分散問題，又可以重復(fù)利用(Inorg.Chem.2001，40，5210-5214)；K.V.Baiju等采用La2O3摻雜將銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化溫度提高到800℃以上(Mater.Chem.Phys.2005，90123-127)；采用三乙醇胺為絡(luò)合劑利用水熱法控制水解TiCl4溶液制備出單分散納米TiO2(無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2002，17(1)149-153)；蔡邦宏等利用H3PO4對(duì)納米TiO2表面改性，煅燒溫度在450℃時(shí)沒有引起TiO2顆粒的長(zhǎng)大和比表面積的下降(分子催化，2004，18(2)136-139)；S.K.Samantaray等利用磷酸銨對(duì)TiO2表面修飾使銳鈦型的穩(wěn)定溫度提高至900℃(J.Molecular catalysis Achemical 2001，176151-163)。近年來，雖然在納米TiO2制備及改性方面取得了明顯的進(jìn)步，但在銳鈦型納米TiO2耐高溫1000℃以上，并且防止硬團(tuán)聚的出現(xiàn)和顆粒長(zhǎng)大方面的研究并沒有突破性進(jìn)展，仍存在兩個(gè)典型的問題(1)納米粉體易團(tuán)聚，難分散。如作為使用量最大的自清潔涂料添加時(shí)，理論使用量應(yīng)不超過3％就可達(dá)到自清潔效果，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于多數(shù)納米TiO2處于團(tuán)聚狀態(tài)，添加量往往超過8％，大大增加了使用成本。(2)熱穩(wěn)定性差.如在自潔陶瓷、自潔玻璃等需要1000℃以上高溫固化的場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，不但由銳鈦型轉(zhuǎn)化為光催化效果差的金紅石型，而且顆粒已逐漸長(zhǎng)大，甚至出現(xiàn)硬團(tuán)聚，降低了光催化效率。為此，尋找一種低成本制備納米二氧化鈦的方法具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單方便、低成本高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法本發(fā)明還給出了銳鈦型二氧化鈦的熱穩(wěn)定性的溫度范圍以及納米二氧化鈦的粒徑分布，并提供了反應(yīng)物和添加劑的濃度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法，以四氯化鈦為原料，添加磷酸或磷酸鹽，利用常壓下的沸騰回流強(qiáng)迫水解，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)時(shí)間3～8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過濾使產(chǎn)物和母液分離，用蒸餾水洗滌，烘干，得到二氧化鈦粉體。
在本發(fā)明的方法中，磷酸或磷酸鹽在反應(yīng)過程中即是生成銳鈦型二氧化鈦的模板劑，又是銳鈦型二氧化鈦的熱穩(wěn)定劑，還可以有效的控制二氧化鈦的晶型和粒徑。
原料四氯化鈦的濃度范圍在0.3～1.5mol/L，四氯化鈦與磷酸或磷酸鹽的混合摩爾比為1∶(0.001～0.08)。
本發(fā)明的制備方法，所述磷酸鹽是磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸銨其中的一種。
本發(fā)明取得的積極效果是采用本發(fā)明制備的二氧化鈦粉體為銳鈦型，粒徑在20～80nm可以調(diào)控，單分散性好；具有高熱穩(wěn)定性，在高溫600～1000℃煅燒仍然保持銳鈦晶型，不發(fā)生向金紅石型的相變；并且不發(fā)生顆粒的長(zhǎng)大和團(tuán)聚，二氧化鈦收率和純度均在98％以上。本發(fā)明為工業(yè)化生產(chǎn)高純度、高收率的銳鈦型納米二氧化鈦創(chuàng)造了條件。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明。
實(shí)施例1反應(yīng)釜中加入3.3mLTiCl4，0.51g K3PO4，蒸餾水97mL，反應(yīng)釜上安裝冷凝裝置，加熱升溫至100℃，持續(xù)反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，過濾后，用蒸餾水洗滌數(shù)次，80℃烘干12h，得到產(chǎn)品2.3g。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為15nm，經(jīng)800℃煅燒2h，仍保持結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為15nm。
實(shí)施例2反應(yīng)釜中加入11mLTiCl4，0.48g NaH2PO4，蒸餾水89mL，反應(yīng)釜上安裝冷凝裝置，加熱升溫至100℃，持續(xù)反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，過濾后，用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到產(chǎn)品7.8g。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為30nm，經(jīng)1000℃煅燒2h，仍保持結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為35nm。
實(shí)施例3反應(yīng)釜中加入16.5mlTiCl4，3mL H3PO4，蒸餾水84mL，反應(yīng)釜上安裝冷凝裝置，加熱升溫至100℃，持續(xù)反應(yīng)5h，，反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，過濾后，用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到產(chǎn)品11.8g。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為80nm，經(jīng)600℃煅燒2h，仍保持結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型，粒徑為80nm。
權(quán)利要求
1.高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于以四氯化鈦為原料，添加磷酸或磷酸鹽，四氯化鈦與磷酸或磷酸鹽的混合摩爾比為1∶(0.001～0.08)，利用常壓下的沸騰回流強(qiáng)迫水解，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)時(shí)間3～8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過濾使產(chǎn)物和母液分離，用蒸餾水洗滌，烘干，得到二氧化鈦粉體。
2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于原料四氯化鈦的濃度范圍在0.3～1.5mol/L。
3.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述磷酸鹽是磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸銨其中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高熱穩(wěn)定性銳鈦型納米二氧化鈦的制備方法。以四氯化鈦為原料，通過添加微量磷酸或磷酸鹽，利用常壓下的沸騰回流強(qiáng)迫水解法制備出銳鈦型納米二氧化鈦球形粉體。該粉體在高溫600～1000℃煅燒后仍然保持銳鈦晶型，且不出現(xiàn)燒結(jié)和團(tuán)聚，粉體粒徑在20～80nm范圍人為可控，粒度分布均勻，具有良好的分散性。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)、方便、成本低，二氧化鈦收率和純度均在98％以上。
文檔編號(hào)B01J21/00GK101049556SQ20071006188
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者魏雨, 張艷峰, 劉輝 申請(qǐng)人:河北師范大學(xué)