专利名称：一种纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米级二氧化钛粉末的制备方法，具体地说是一种用作化妆品、 光催化剂、光敏材料等的锐钛型纳米级二氧化钛粉末的制备方法。属于纳米级材料的 制备领域。
背景技术：
纳米Ti02是目前应用最为广泛的一种纳米材料，其中，锐钛型纳米级二氧化钛由 于具有优良的紫外线吸收特性以及优异的光催化活性，在化妆品、光催化剂、光敏材 料、化学催化剂载体以及化纤消光等方面具有广泛的应用。
锐钛型纳米级二氧化钛的制备方法主要有四氯化钛气相氧化法、硫酸氧钛或硫酸 钛溶液液相水解法、溶胶一凝胶法等。四氯化钛气相氧化法制备锐钛型纳米二氧化钛 需要在高温条件下瞬间完成，这种方法要求控制条件严格，技术难度高，设备腐蚀严 重，生产成本高， 一般生产厂家难以接受；硫酸氧钛或硫酸钛溶液液相水解法制得的 锐钛型纳米二氧化钛的粒径偏大，使该种产品的光催化活性大大降低；在采用溶胶-凝 胶法制备过程中，钛溶胶与水很难彻底分离，使制得的粉末粘结严重，煅烧后很难解 聚，导致纳米二氧化钛粉末分散性差，粒径较大。
纳米级二氧化钛粉末由于具有较大的比表面积和表面能，很容易形成团聚体。纳 米级二氧化钛粉末间的团聚一般分为两种二氧化钛粒子间的软团聚和硬团聚。二氧 化钛粒子间的软团聚主要是由于颗粒间的范德华力和库仑力所致，该团聚可以通过一 些化学作用或施加机械能的方式来消除；硬团聚的存在使产品的分散性变差，影响产 品的使用效果和应用范围。因此，如何减轻纳米二氧化钛粒子间的团聚现象，是纳米 二氧化钛工业化生产所必须解决的问题。
近年来，中国专利CN1363521A用偏钛酸作原料，采用碱溶获得正钛酸，酸溶获 得二氧化钛的溶胶，用凝聚剂对二氧化钛溶胶进行凝聚和挤水处理，用有机物萃取分 离二氧化钛溶胶，再在凝聚剂的分解温度下煅烧分解除去有机物，获得锐钛晶型的纳 米二氧化钛粉。该方法工艺复杂、生产成本高、不易产业化。
中国专利CN1636880A将一定质暈的偏钛酸湿物料加到蒸馏水中，配制成偏钛酸
3加入Na2C03水溶液，直到pH等于9 ll;加入上述碱液以后， 一边搅 拌， 一边加入含羧基的有机物或者甘油作为修饰剂，在温度50 80'C老化；用蒸馏水洗 涤沉淀至滤液的电导率小于20mS/m，按上述方法处理后的偏钛酸，加入硝酸和蒸馏水 直到偏钛酸混合溶液PH值为O.l，然后在室温下老化lh，将老化后的悬浮液放入聚四氟 乙烯衬里的不锈钢水解釜中，在温度130 16(TC反应10h后得到锐钛矿型纳米二氧化钛。 这种制备方法存在反应条件苛刻、工艺复杂、反应时间长，不利于纳米二氧化钛的产 业化。
中国专利CN1076319C以H2Ti03和H2S04反应生成的TiOS04为原料，尿素为均匀 沉淀剂，TiOSO4的浓度为1.44X10'3g/L,尿素与TiOS04的重量比为l:l 5:l，尿素水解 的反应温度为95 110。C，反应时间为2.5 4h，生成TiO(OH)2，将TiO(OH)2在温度 80(M000'C煅烧2.5 3.5h，得到纳米级Ti02。这种方法的工艺较简单，但反应温度较高， 制得的纳米二氧化钛容易团聚，影响其应用。
中国专利CN1156403C选用硫酸钛白粉厂生产的中间产品为主要原料，经碱溶， 洗涤，盐酸胶溶，有机挤水，蒸馏，热处理，粉碎等工艺，能制备出锐钛型、金红石 型以及混晶型的纳米二氧化钛。该方法存在产物单一晶型纯度较低、工艺复杂、不易 产业化等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制 备方法，其特点是该方法制得的产品能满足纳米级锐钛型二氧化钛粉末在化妆品、光 催化剂、光敏材料和化学催化剂载体等领域的应用。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所用原料份数除特殊说明外，均为重量 分数。
将偏钛酸100份，先用去离子水或蒸馏水100-150份冲洗数次，除去S042—，然后在 上述水溶液中加入碱性发泡剂1-15份，调节PH值到8.0 11.0，再加入表面改性剂1 15 份，混合均匀后制得前驱体，最后将前驱体置于反应炉中，于温度500 75(TC反应2 3h 获得到平均粒径20-80nm，粒度分布均匀的锐钛型二氧化钛粉末。
碱性发泡剂为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、偶氮二甲基甲酰胺、碳酸氢钠 和碳酸钙中的至少一种；
表面改性剂为硬脂酸、硅酸钠、硫酸铝、聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化镧和氯化铈
4中的至少一种；
按照上述方法制备得到的纳米级锐钛型二氧化钛粉末。
纳米级锐钛型二氧化钛粉末用于化妆品、光催化剂、光敏材料和化学催化剂载体 领域。
性能测试
纳米级锐钛型二氧化钛粉末采用X射线衍射仪测试如图1所示。结果表明制得的
纳米级锐钛型二氧化钛粉末的晶粒尺寸为20-80nm。
纳米级锐钛型二氧化钛粉末采用透射电镜测试如图2所示。结果表明制得的纳米
级锐钛型二氧化钛粉末的平均粒径为20-80nm。
本发明具有如下优点
1以偏钛酸为原料，原料来源丰富，价格低廉，节约成本。
2反应温度低，反应时间短，节约能源。
3制备工艺简单，容易控制，有利于工业化生产。
4碱性发泡剂可以去除偏钛酸溶液中残留的H+，也可以在煅烧过程中放出气体， 减少纳米级二氧化钛颗粒间的团聚；
5表面改性剂可以进一步减少纳米级二氧化钛颗粒间的团聚，使制得的产品粒度 均匀分布、尺寸细小，从而扩大二氧化钛的使用范围。
图1为纳米级锐钛型二氧化钛粉末的X射线衍射图； 图2为纳米级锐钛型二氧化钛粉末的透射电镜图。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于 对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练 人员可以根据上述本发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例l:
将偏钛酸100g,先用去离子水100ml冲洗数次，除去S042—。将尿素lg加入偏钛酸 水溶液中，调节PH值到8，再加入硬脂酸15g，均匀混合制得前驱体，最后将前驱体置 于反应炉中，于温度60(TC反应2.5h，获得平均粒径20nm，粒度分布均匀的锐钛型二氧 化钛粉末。
5实施例2:
将偏钛酸100g，先用蒸馏水120ml冲洗数次，除去SO '。将偶氮二甲基甲酰胺lg 和尿素5g加入偏钛酸水溶液中混合均匀，调节PH值到9，然后再加入硅酸钠2g，均匀混 合制得前驱体，最后将前驱体置于反应炉中，于温度750'C反应2h，获得平均粒径40nm， 粒度分布均匀的锐钛型二氧化钛粉末。
实施例3:
将偏钛酸100g，先用去离子水150ml冲洗数次，除去SO,。将碳酸铵10g溶于偏钛 酸水溶液，调节PH值到ll,然后再加入氯化铈lg，均匀混合制得前驱体，最后将前驱 体置于反应炉中，于温度70(TC反应2h，获得平均粒径80nm，粒度分布均匀的锐钛型二 氧化钛粉末。
实施例4:
将偏钛酸100g，先用去离子水130ml冲洗数次，除去SO/'。将碳酸氢铵5g和碳酸氢 钠10g溶于偏钛酸水溶液，调节PH值到IO，然后再加入聚乙烯醇2g和聚乙二醇2克和氯 化镧lg，均匀混合制得前驱体，最后将前驱体置于反应炉中，于温度50(TC反应3h，获 得平均粒径30nm，粒度分布均匀的锐钛型二氧化钛粉末。
权利要求
1、一种纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制备方法，其特征在于该方法是将偏钛酸100重量份，先用去离子水或蒸馏水100-150重量份冲洗数次，除去SO42-，然后在上述水溶液中加入碱性发泡剂1-15重量份，调节PH值到8.0～11.0，再加入表面改性剂1～15重量份，混合均匀后制得前驱体，最后将前驱体置于反应炉中，于温度500～750℃反应2～3h，获得到平均粒径20-80nm，粒度分布均匀的锐钛型二氧化钛粉末。
2、 按照权利要求1所述纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制备方法，其特征在于 碱性发泡剂为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、偶氮二甲基甲酰胺、碳酸氢钠和 碳酸钙中的至少一种。
3、 按照权利要求1所述纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制备方法，其特征在于 表面改性剂为硬脂酸、硅酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化镧和氯化铈中的至少一 种。
4、 按照权利要求1所述方法制备得到的纳米级锐钛型二氧化钛粉末。
5、 按照权利要求4所述纳米级锐钛型二氧化钛粉末用于化妆品、光催化剂、光 敏材料和化学催化剂载体领域。
全文摘要
本发明公开了一种纳米级锐钛型二氧化钛粉末的制备方法，其特点是将偏钛酸100重量份，先用去离子水或蒸馏水100-150重量份冲洗数次，除去SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>，然后在上述水溶液中加入碱性发泡剂1-15重量份，调节pH值到8.0～11.0，再加入表面改性剂1～15重量份，混合均匀后制得前驱体，最后将前驱体置于反应炉中，于温度500～750℃反应2～3h获得到平均粒径20-80nm，粒度分布均匀的锐钛型二氧化钛粉末。
文档编号C01G23/08GK101497459SQ20081004534
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月2日 优先权日2008年2月2日
发明者张爱民, 石瑞成, 郑红娟 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司;四川大学