本发明属于纳米材料领域，涉及光催化领域，具体涉及一种纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术：
纳米二氧化钛是白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。随着技术的发展，纳米二氧化钛的应用领域不断扩大，已经被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。上述产业中，锂电池等产业对于纳米二氧化钛的要求相当高，最为基本的要求是纳米二氧化钛的粒径具有均一性；而目前的二氧化钛工艺以粗放型为主，虽然能够生产一定量的纳米二氧化钛，但是对纳米二氧化钛的粒径分布控制率不强，难以达到要求；目前实验室的一些制备方法虽然能够达到良好的纳米粒径均匀性，但是制备工艺极其复杂，能耗极高。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明提供一种纳米二氧化钛的制备方法，解决了现有工艺复杂，能耗高的问题，利用十二烷基硫酸钠在乙醇中的溶解度变化，形成良好的镀层保护剂和隔离剂，实现无损转化。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将十二烷基硫酸钠加入至无水乙醇中加热搅拌均匀，形成良好的分散醇液；所述十二烷基硫酸钠在无水乙醇中的浓度为20-50g/l，温度为60-70℃；
步骤2，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中低温搅拌均匀，形成均一的钛液；所述钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20-50g/l，低温搅拌的温度为5-10℃，搅拌速度为1000-2000r/min；
步骤3，将分散醇液趁热喷洒在基板上，并快速烘干得到第一膜层；然后将钛液采用恒温喷雾法沉降在第一膜层表面，泄压冷却后得到预镀膜基板；所述分散醇液的喷洒量5-10ml/cm2，温度为50-60℃，快速烘干的温度为90-100℃，所述钛液的喷雾量为10-20ml/cm2，温度为10-20℃，快速升温的温度为80-90℃；
步骤4，将预镀膜基板放入低湿度环境的反应釜中静置40-60min，内部空气循环20-30min，得到镀膜基板，低湿度环境下的湿度为10-20％，静置温度为80-90℃，所述内部空气循环的空气流速为10-20ml/min；
步骤5，将镀膜基板放入热乙醇中浸泡20-50min，恒温超声10-20min，取出基板后趁热过滤，得到沉淀物，经热乙醇洗涤后得到纳米二氧化钛；所述热乙醇的温度为60-70℃，恒温超声的温度为60-70℃，超声频率为40-60khz，趁热过滤的温度为60-70℃。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有工艺复杂，能耗高的问题，利用十二烷基硫酸钠在乙醇中的溶解度变化，形成良好的镀层保护剂和隔离剂，实现无损转化。
2.本发明利用原位水解法纳米二氧化钛，同时充分利用纳米二氧化钛的不溶性实现了快速除杂。
3.本发明有效的减少了氧化还原反应，实现了原材料的充分回收，大大降低了原材料的使用，从而降低了成本。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将十二烷基硫酸钠加入至无水乙醇中加热搅拌均匀，形成良好的分散醇液；所述十二烷基硫酸钠在无水乙醇中的浓度为20-50g/l，温度为60-70℃，十二烷基硫酸钠在热乙醇中具有溶解性，能够形成稳定的热分散醇液；
步骤2，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中低温搅拌均匀，形成均一的钛液；所述钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20-50g/l，低温搅拌的温度为5-10℃，搅拌速度为1000-2000r/min，钛酸正丁酯在乙醇的溶解性，能够确保钛酸正丁酯均匀分散至无水乙醇中；
步骤3，将分散醇液趁热喷洒在基板上，并快速烘干得到第一膜层；然后将钛液采用恒温喷雾法沉降在第一膜层表面，快速升温后泄压冷却得到预镀膜基板；所述分散醇液的喷洒量5-10ml/cm2，温度为50-60℃，快速烘干的温度为90-100℃，所述钛液的喷雾量为10-20ml/cm2，温度为10-20℃，快速升温的温度为80-90℃；分散醇液趁热喷洒至基板上，能够在表面形成以乙醇为成膜剂的十二烷基硫酸钠液膜，快速烘干中将无水乙醇快速去除，形成表面的十二烷基硫酸钠薄膜；钛液通过喷雾的方式形成雾状液滴，同时在温度条件下雾状液滴在十二烷基硫酸钠形成液膜，该温度下的无水乙醇对十二烷基硫酸钠只有微溶效果，并不会破坏十二烷基硫酸钠的表面薄膜；快速升温过程中表面薄膜中的无水乙醇快速烘干转化为乙醇蒸汽，并将钛酸正丁酯进一步分散，钛酸正丁酯依然保持液滴状态，并沉降在十二烷基硫酸钠薄膜表面，形成表面液膜；
步骤4，将预镀膜基板放入低湿度环境的反应釜中静置40-60min，内部空气循环20-30min，得到镀膜基板，低湿度环境下的湿度为10-20％，静置温度为80-90℃，所述内部空气循环的空气流速为10-20ml/min；预镀膜在低湿度环境下，基于钛酸正丁酯的水解特性，与水分子形成良好的反应体系，将钛酸正丁酯转化为钛酸，并在温度条件下转化为纳米二氧化钛，同时十二烷基硫酸钠本身的水溶性能够确保水分子快速集中，大幅度加快钛酸正丁酯的水解速度，内部空气循环起到加快空气流通的速度，确保水分子与钛酸正丁酯的充分接触，将钛酸正丁酯转化率大幅度提升；
步骤5，将镀膜基板放入热乙醇中浸泡20-50min，恒温超声10-20min，取出基板后趁热过滤，得到沉淀物，经热乙醇洗涤后得到纳米二氧化钛；所述热乙醇的温度为60-70℃，恒温超声的温度为60-70℃，超声频率为40-60khz，趁热过滤的温度为60-70℃，在热乙醇条件下，十二烷基硫酸钠能够形成良好的溶解性，并且将基板与纳米二氧化钛的连接断开，形成纳米二氧化钛分散体系，十二烷基硫酸钠溶解在热乙醇中，能够起到表面活性剂的作用，提升纳米二氧化钛的分散效果；在趁热过滤后，纳米二氧化钛作为沉淀直接析出，并利用热乙醇对十二烷基硫酸钠的热解性，对纳米二氧化钛进行清洗，得到纯净的纳米二氧化钛。
实施例1
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将十二烷基硫酸钠加入至无水乙醇中加热搅拌均匀，形成良好的分散醇液；所述十二烷基硫酸钠在无水乙醇中的浓度为20g/l，温度为60℃；
步骤2，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中低温搅拌均匀，形成均一的钛液；所述钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20g/l，低温搅拌的温度为5℃，搅拌速度为1000r/min；
步骤3，将分散醇液趁热喷洒在基板上，并快速烘干得到第一膜层；然后将钛液采用恒温喷雾法沉降在第一膜层表面，泄压冷却后得到预镀膜基板；所述分散醇液的喷洒量5ml/cm2，温度为50℃，快速烘干的温度为90℃，所述钛液的喷雾量为10ml/cm2，温度为10℃，快速升温的温度为80℃；
步骤4，将预镀膜基板放入低湿度环境的反应釜中静置40min，内部空气循环20-30min，得到镀膜基板，低湿度环境下的湿度为10％，静置温度为80-90℃，所述内部空气循环的空气流速为10ml/min；
步骤5，将镀膜基板放入热乙醇中浸泡20min，恒温超声10min，取出基板后趁热过滤，得到沉淀物，经热乙醇洗涤后得到纳米二氧化钛；所述热乙醇的温度为60℃，恒温超声的温度为60℃，超声频率为40khz，趁热过滤的温度为60℃。
本实施例的纳米二氧化钛粒径为100-200nm，分布率为97.3％。
实施例2
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将十二烷基硫酸钠加入至无水乙醇中加热搅拌均匀，形成良好的分散醇液；所述十二烷基硫酸钠在无水乙醇中的浓度为50g/l，温度为70℃；
步骤2，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中低温搅拌均匀，形成均一的钛液；所述钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为50g/l，低温搅拌的温度为10℃，搅拌速度为2000r/min；
步骤3，将分散醇液趁热喷洒在基板上，并快速烘干得到第一膜层；然后将钛液采用恒温喷雾法沉降在第一膜层表面，泄压冷却后得到预镀膜基板；所述分散醇液的喷洒量10ml/cm2，温度为60℃，快速烘干的温度为100℃，所述钛液的喷雾量为20ml/cm2，温度为20℃，快速升温的温度为90℃；
步骤4，将预镀膜基板放入低湿度环境的反应釜中静置60min，内部空气循环30min，得到镀膜基板，低湿度环境下的湿度为20％，静置温度为80-90℃，所述内部空气循环的空气流速为20ml/min；
步骤5，将镀膜基板放入热乙醇中浸泡50min，恒温超声20min，取出基板后趁热过滤，得到沉淀物，经热乙醇洗涤后得到纳米二氧化钛；所述热乙醇的温度为70℃，恒温超声的温度为70℃，超声频率为60khz，趁热过滤的温度为70℃。
本实施例的纳米二氧化钛粒径为300-400nm，分布率为98.1％。
实施例3
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将十二烷基硫酸钠加入至无水乙醇中加热搅拌均匀，形成良好的分散醇液；所述十二烷基硫酸钠在无水乙醇中的浓度为40g/l，温度为65℃；
步骤2，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中低温搅拌均匀，形成均一的钛液；所述钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为40g/l，低温搅拌的温度为8℃，搅拌速度为1500r/min；
步骤3，将分散醇液趁热喷洒在基板上，并快速烘干得到第一膜层；然后将钛液采用恒温喷雾法沉降在第一膜层表面，泄压冷却后得到预镀膜基板；所述分散醇液的喷洒量8ml/cm2，温度为55℃，快速烘干的温度为95℃，所述钛液的喷雾量为15ml/cm2，温度为15℃，快速升温的温度为85℃；
步骤4，将预镀膜基板放入低湿度环境的反应釜中静置50min，内部空气循环25min，得到镀膜基板，低湿度环境下的湿度为15％，静置温度为85℃，所述内部空气循环的空气流速为15ml/min；
步骤5，将镀膜基板放入热乙醇中浸泡40min，恒温超声15min，取出基板后趁热过滤，得到沉淀物，经热乙醇洗涤后得到纳米二氧化钛；所述热乙醇的温度为65℃，恒温超声的温度为65℃，超声频率为50khz，趁热过滤的温度为65℃。
本实施例的纳米二氧化钛粒径为200-300nm，分布率为97.7％。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了现有工艺复杂，能耗高的问题，利用十二烷基硫酸钠在乙醇中的溶解度变化，形成良好的镀层保护剂和隔离剂，实现无损转化。
2.本发明利用原位水解法纳米二氧化钛，同时充分利用纳米二氧化钛的不溶性实现了快速除杂。
3.本发明有效的减少了氧化还原反应，实现了原材料的充分回收，大大降低了原材料的使用，从而降低了成本。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。