专利名称：一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化钛的制备方法，具体的说是一种制备锐钛矿型二氧化钛纳 米粒子的方法。
背景技术：
二氧化钛是一种对人体无毒无害的多晶型化合物，有三种结晶形态，板钛矿型、锐 钛矿和金红石；目前，锐钛型纳米二氧化钛粒径均勻，分散性好、无毒，具有很强的光催化、 屏蔽紫外线能力和优异的透明性，作为一种新型材料已广泛应用于化妆品、防晒等产品中； 锐钛型纳米二氧化钛具有很好的光催化效果，广泛应用于光触媒及空气净化产品。同时锐 钛矿型二氧化钛由于对太阳光中的紫外光具有很强的吸收能力，以及自身具有很强的反应 活性和稳定性，还应用于很多技术领域如精细陶瓷、高档涂料、防晒化妆品、光催化剂、化学 催化剂载体、光敏材料等方面；目前市场上的锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法主要 有气相法和液相法，气相法和液相法两种方法合成锐钛矿型二氧化钛纳米粒子，方法工艺 复杂，反应时要求过高的温度。气相法所制备的二氧化钛纳米粒子纯度高、分散性好，但其 所需的设备复杂、能耗大、成本高；液相法具有设备投资少、工艺简单、易操作、成本低等优 点，但液相法又分为沉淀法、水热法、微乳液法和溶胶-凝胶法等，其中沉淀法需高温焙烧 得到二氧化钛纳米粒子，高温焙烧耗费能源且易团聚，成本高，不属于低碳经济；水热法不 需要高温焙烧，但该法操作复杂、对设备要求高，不易工业化生产；微乳液法是利用两种互 不相容的溶剂在表面活性剂的作用下合成固相的一种方法，这种方法引入的表面活性剂不 易回收、污染环境，且影响产品纯度，同样不属于低碳经济，不符合环保理念，同时投资大， 经济效益低，生产成本高。
发明内容
本发明为解决上述问题提供一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，该方法 具有工艺简单、条件简单易于操控、成本低廉、无污染、无需高温处理，投资小，成本低廉。本发明的目的在于提供一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，具体方法 为
步骤一、按重量百分比取30—40%的钛源，60— 70%的无机酸，进行混合，制得钛源酸性 分散液，备用；
步骤二、按重量百分比选取30—40%的氢氧化钠，59—65%的无机盐溶液，在无机盐溶 液中加入氢氧化钠使其溶解，后滴加1一5%的阴离子表面活性剂，搅拌均勻止，制得无机碱 碱性分散液，分装备用；
步骤三、在60—100分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无 机碱碱性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌60—70 分钟，后放于离心机分离，转速为300转/分钟，时间5 —10分钟，得到沉淀物B和离心液A， 离心液A回收重新再利用，沉淀物B备用；步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入8—10倍的去离子水，利用去离子水对 沉淀物洗涤1一3次，后放入离心机分离，转速400— 500转/分钟，时间5 —10分钟，得到 沉淀物C和离心液B，离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入8—10倍的水-乙醇混合液，利用水-乙 醇混合液对沉淀物C进行1一3次洗涤，后放入离心机分离，转速400—600转/分钟，离心时 间5—10分钟，得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入8—10倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D 洗涤1一2次，后放于离心机分离，转速500—1000转/分钟，时间5 —10分钟，得到沉淀物 E和离心液D，将离心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到产品。所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种。所述的无机酸为硫酸或盐酸中的一种溶液，硫酸的浓度为98%，盐酸的浓度为 37%。所述的无机盐溶液为硫酸钠溶液或氯化钠溶液中的一种溶液。所述的钛源为硫酸钛、硫酸氧钛或四氯化钛中的一种。所述的水-乙醇混合液，为20%的水和80%的乙醇组成的混合液。所述的二氧化钛为白色纳米粒子，呈锐钛矿型，晶体颗粒3. 0-4. Onm,比表面积为 1. 50 XlOVm- 2. 00X 109/m。所述的比表面积为单位体积内的表面积。有益效果
本发明中必须将钛源酸性分散液加到无机碱碱性分散液中，在不需要高温焙烧、水解 提取的情况下，即可将锐钛矿型二氧化钛进行分离，即节省能源消耗，又减少环境污染，降 低生产成本，而将无机碱碱性分散液加到钛源酸性分散液中得不到锐钛矿型二氧化钛。本发明与现有技术相比，采用无机盐、无机酸做为分散剂，在制备过程中不需要有 机溶剂，选材简单便宜，价格低廉，有机溶剂大多具有毒性或是具有污染性，而本发明中选 取的无机盐、无机酸对环境无污染，又不造成生态危机等问题。在本发明中可以将回收的离心液A，可直接作为原料再次用于生产；回收的离心 液B，可放入晾晒池令其自然挥发水分，再利用；回收的离心液C和离心液D可以通过简单 蒸馏回收乙醇和蒸馏水用于再生产，从而降低生产成本，减少资源浪费，增加经济效益。本发明工艺中采用的阴离子表面活性剂，阴离子表面活性剂可以减少二氧化钛的 团聚，形成单独小颗粒，更加有利于锐钛矿二氧化钛的形成。本发明的工艺方法简单、安全，使用的无机盐在提取的过程可以进行回收，进行下 次循环使用，同时在制备的过程中不需要高温焙烧，节省能源，降低成本，同时分散剂属于 市售产品，购买方便。
图1为本发明锐钛矿型二氧化钛拉曼光谱图谱。
具体实施例方式实施例1步骤一、按重量百分比取30%的硫酸钛，70%的硫酸，进行混合，制得钛源酸性分散液，
步骤二、按重量百分比选取30%的氢氧化钠，65%的硫酸钠溶液，在硫酸钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加5%的十二烷基硫酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液，分 装备用；
步骤三、在60分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱碱 性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌60分钟，后放 于离心机分离，转速为300转/分钟，离心时间5分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A 回收重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入8倍的去离子水，利用去离子水对沉淀 物洗涤1次，后放入离心机分离，转速为400转/分钟，离心时间5分钟，得到沉淀物C和离 心液B，离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入8倍的水-乙醇混合液，利用水-乙醇 混合液对沉淀物C进行1次，后放入离心机分离，转速为400转/分钟，离心时间5分钟，得 到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入8倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗涤 1次，后放于离心机分离，转速为500转/分钟，离心时间5分钟，得到沉淀物E和离心液D， 将离心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为3. Onm,比 表面积为2. 00 XioVm0
实施例2
步骤一、按重量百分比取40%的硫酸钛，60%的盐酸，进行混合，制得钛源酸性分散液，
步骤二、按重量百分比选取40%的氢氧化钠，59%的氯化钠溶液，在氯化钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加1%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液， 分装备用；
步骤三、在70分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱碱 性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌62分钟，后放 于离心机分离，转速为300转/分钟，时间6分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A回收 重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入8倍的去离子水，利用去离子水对沉淀 物洗涤1次，后放入离心机分离，转速400转/分钟，时间6分钟，得到沉淀物C和离心液B， 离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入8倍的水-乙醇混合液，利用水-乙醇 混合液对沉淀物C进行1次洗涤，后放入离心机分离，转速400转/分钟，离心时间6分钟， 得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入8倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗涤 1—2次，后放于离心机分离，转速600转/分钟，时间6分钟，得到沉淀物E和离心液D，将 离心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为3. 2nm,比表 面积为 1. 89 XlOVm0
实施例3
步骤一、按重量百分比取30%的四氯化钛，70%的硫酸，进行混合，制得钛源酸性分散 液，备用；
步骤二、按重量百分比选取30%的氢氧化钠，65%的硫酸钠溶液，在硫酸钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加5%的十二烷基硫酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液，分 装备用；
步骤三、在70分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱碱 性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌64分钟，后放 于离心机分离，转速为300转/分钟，时间7分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A回收 重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入8倍的去离子水，利用去离子水对沉淀 物洗涤1次，后放入离心机分离，转速400转/分钟，时间7分钟，得到沉淀物C和离心液B， 离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入9倍的水-乙醇混合液，利用水-乙醇 混合液对沉淀物C进行2次洗涤，后放入离心机分离，转速500转/分钟，离心时间7分钟， 得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入9倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗涤 1次，后放于离心机分离，转速700转/分钟，时间7分钟，得到沉淀物E和离心液D，将离心 液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为3. 5nm,比表面积 为 1. 71X109/m。实施例4
步骤一、按重量百分比取40%的四氯化钛，60%的盐酸，进行混合，制得钛源酸性分散 液，备用；
步骤二、按重量百分比选取40%的氢氧化钠，59%的氯化钠溶液，在氯化钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加1%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液， 分装备用；
步骤三、在80分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱碱 性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌66分钟，后放 于离心机分离，转速为300转/分钟，时间8分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A回收 重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入9倍的去离子水，利用去离子水对沉淀 物洗涤2次，后放入离心机分离，转速500转/分钟，时间8分钟，得到沉淀物C和离心液B， 离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入9倍的水-乙醇混合液，利用水-乙醇 混合液对沉淀物C进行2次洗涤，后放入离心机分离，转速600转/分钟，离心时间8分钟， 得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入9倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗涤 2次，后放于离心机分离，转速800转/分钟，时间8分钟，得到沉淀物E和离心液D，将离心 液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为3. 7nm,比表面积为 1. 62X 109/m。实施例5
步骤一、按重量百分比取30%的硫酸氧钛，70%的硫酸，进行混合，制得钛源酸性分散 液，备用；
步骤二、按重量百分比选取30%的氢氧化钠，65%的硫酸钠溶液，在硫酸钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加5%的十二烷基硫酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液，分 装备用；
步骤三、在90分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱碱 性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌68分钟，后放 于离心机分离，转速为300转/分钟，时间9分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A回收 重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入10倍的去离子水，利用去离子水对沉 淀物洗涤3次，后放入离心机分离，转速500转/分钟，时间9分钟，得到沉淀物C和离心液 B，离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入10倍的水-乙醇混合液，利用水-乙 醇混合液对沉淀物C进行3次洗涤，后放入离心机分离，转速600转/分钟，离心时间9分 钟，得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入10倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗 涤2次，后放于离心机分离，转速900转/分钟，时间9分钟，得到沉淀物E和离心液D，将离 心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为3. 8nm,比表 面积为 1. 58 XlOVm0实施例6
步骤一、按重量百分比取40%的硫酸氧钛，60%的盐酸，进行混合，制得钛源酸性分散 液，备用；
步骤二、按重量百分比选取40%的氢氧化钠，59%的氯化钠溶液，在氯化钠溶液中加入 氢氧化钠使其溶解，后滴加1%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均勻止，制得无机碱碱性分散液， 分装备用；
步骤三、在100分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无机碱 碱性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌70分钟，后 放于离心机分离，转速为300转/分钟，时间10分钟，得到沉淀物B和离心液A，离心液A回 收重新再利用，沉淀物B备用；
步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入10倍的去离子水，利用去离子水对沉 淀物洗涤3次，后放入离心机分离，转速500转/分钟，时间10分钟，得到沉淀物C和离心 液B，离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；
步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入10倍的水-乙醇混合液，利用水-乙 醇混合液对沉淀物C进行3次洗涤，后放入离心机分离，转速600转/分钟，离心时间10分 钟，得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备用；
步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入10倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D洗 涤2次，后放于离心机分离，转速1000转/分钟，时间10分钟，得到沉淀物E和离心液D，将离心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到锐钛矿型二氧化钛，其粒径为4. Onm,比 表面积为1. 50 XioVm0
权利要求
1.一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，所述的二氧化钛为白色纳米粒子，呈 锐钛矿型，晶体颗粒3. 0-4. Onm,比表面积为1. 50X 109/m- 2. 00X 109/m，其特征在于制备 方法如下步骤一、按重量百分比取30—40%的钛源，60—70%的无机酸，进行混合，制得钛源酸性 分散液，备用；步骤二、按重量百分比选取30— 40%的氢氧化钠，59—65%的无机盐溶液，在无机盐溶 液中加入氢氧化钠使其溶解，后滴加1一5%的阴离子表面活性剂，搅拌均勻止，制得无机碱 碱性分散液，分装备用；步骤三、在60—100分钟内将钛源酸性分散液滴加于无机碱碱性分散液中，不可将无 机碱碱性分散液加入到钛源酸性分散液中，搅拌均勻，生成白色沉淀物A，继续搅拌60— 70 分钟，后放于离心机分离，转速为300转/分钟，时间5 —10分钟，得到沉淀物B和离心液A， 离心液A回收重新再利用，沉淀物B备用；步骤四、按重量份数比在1份的沉淀物B中加入8—10倍的去离子水，利用去离子水对 沉淀物洗涤1一3次，后放入离心机分离，转速400— 500转/分钟，时间5 —10分钟，得到 沉淀物C和离心液B，离心液B回收重新再利用，沉淀物C备用；步骤五、按重量份数比在1份的沉淀物C中加入8 —10倍的水-乙醇混合液，利用 水-乙醇混合液对沉淀物C进行1一3次洗涤，后放入离心机分离，转速400—600转/分 钟，离心时间5—10分钟，得到沉淀物D和离心液C，离心液C回收重新再利用，沉淀物D备 用；步骤六、按重量份数比在1份的沉淀物D中加入8 —10倍的乙醇，利用乙醇对沉淀物D 洗涤1一2次，后放于离心机分离，转速500—1000转/分钟，时间5 —10分钟，得到沉淀物 E和离心液D，将离心液D回收，将沉淀物E放入烘干箱，干燥，得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述的无机酸为硫酸或盐酸中的一种溶液，硫酸的浓度为98%，盐酸的浓度为37%。
4.根据权利要求1所述的一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述的无机盐溶液为硫酸钠溶液或氯化钠溶液中的一种溶液。
5.根据权利要求1所述的一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述的钛源为硫酸钛、硫酸氧钛或四氯化钛中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，其特征在于 所述的水-乙醇混合液，为20%的水和80%的乙醇组成的混合液。
全文摘要
一种锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的制备方法，按重量百份比将钛源与无机酸反应形成钛分散溶液，无机碱与无机盐溶液反应形成无机碱分散溶液，在无机碱分散液中加入表面活性剂，生产白色沉淀生成，离心分离，洗涤，干燥即得产品。本发明与现有技术相比，采用无机盐、无机酸做为分散剂，在制备过程中不需要使用有机溶剂，选材简单，价格低廉，对环境无污染，不需要高温焙烧，节省能源，降低成本，提高经济效益。
文档编号C01G23/053GK102120612SQ20111002852
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者李冠峰, 杨晓刚, 王建革, 蔡福国, 马录芳 申请人:洛阳师范学院