纳米二氧化钛凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种纳米二氧化钛凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]晶红石型纳米二氧化钛(T12)胶体广泛应用于太阳能转化、光降解有机污染物、光化学消毒、传感器的制造以及造纸等领域。
[0003]T12纳米晶(1nm)可以由四氯化钛(TiCl 4)在冰水中水解制得，然而该方法制备的T12粉末是由无定型以及锐钛矿组成。另外，为了稳定该胶体体系，通过过度的低温以及加入过量的聚乙烯醇，这将导致结晶度的降低。也有人将钛酸四异丙酯(Ti(C3H7O)4)与冰醋酸混合，加水之后水解，之后将该混合液至于高压反应釜中，250°C下加热12小时，得到20nm的锐钛矿T12胶体。另外，纳米晶T1 2胶体也可有微波水热法制得，该方法与无微波的水热法相比能明显提高T12的结晶度。然而，该方法需要用到高温高压，在一定程度上提高了工艺的复杂程度。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种无需高温高压的纳米二氧化钛凝胶的制备方法，用于制备晶红石型纳米二氧化钛凝胶。
[0005]一种纳米二氧化钛凝胶的制备方法，包括如下步骤:
[0006]将钛源与乙酸酐溶于第一溶剂中，加热至70?85°C，并于70?85°C下反应I?2h，得到第一反应物；
[0007]将所述第一反应物进行固液分离，取固体，洗涤、干燥得到中间产物；
[0008]将所述中间产物溶于第二溶剂中得到混合液，向所述混合液中加入硝酸，得到混合物 '及
[0009]将所述混合物加热至60?80°C，并于60?80°C下反应2.5?3h得到第二反应物，调节所述第二反应物的PH值至出现絮状沉淀，然后将出现絮状沉淀的所述第二反应物进行固液分离，取固体物质溶于第三溶剂中，干燥，得到纳米二氧化钛凝胶颗粒。
[0010]在其中一个实施例中，所述钛源为钛酸丁酯，所述钛酸丁酯与乙酸酐的体积比为1:1 ?1:3。
[0011]在其中一个实施例中，所述乙酸酐与所述第一溶剂的体积比为15?25:40?50。
[0012]在其中一个实施例中，所述中间产物与所述第二溶剂的质量比为1:30?1:40。
[0013]在其中一个实施例中，所述将所述第一反应物进行固液分离的方法是将所述第一反应物以5000?6000r/min的速度进行离心。
[0014]在其中一个实施例中，所述混合液与所述硝酸的体积比为50?125:1。
[0015]在其中一个实施例中，所述调节所述第二反应物的pH值至出现絮状沉淀的步骤是用乙酸调节所述第二反应物的pH值至出现絮状沉淀。
[0016]在其中一个实施例中，所述第一溶剂为环己烷，所述第二溶剂为水，所述第三溶剂为水与乙醇的混合溶剂或水。
[0017]在其中一个实施例中，所述将所述第二反应物进行固液分离的方法是以5000?6000r/min的速度进行离心得到固体物质。
[0018]在其中一个实施例中，所述将钛源与乙酸酐溶于第一溶剂中，加热至70?85°C，并于70?85°C下反应lh，得到第一反应物的步骤中，在加热至70?85°C之前，还包括向所述第一溶剂中加入氯化铁的醇溶液和无水乙醇的操作。
[0019]上述纳米二氧化钛凝胶的制备方法在常压下进行反应，反应的温度最高为85°C，反应条件温和，无需高温高压；并且，经实验表明，该方法制备得到的纳米二氧化钛凝胶为晶红石型。
【附图说明】
[0020]图1为一实施方式的纳米二氧化钛凝胶的制备方法的流程图；
[0021]图2为实施例1制备的纳米二氧化钛凝胶颗粒的SEM图；
[0022]图3为实施例1制备的纳米二氧化钛凝胶颗粒的XRD图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0024]请参阅图1，一实施方式的纳米二氧化钛凝胶的制备方法，包括如下步骤。
[0025]步骤SllO:将钛源与乙酸酐溶于第一溶剂中，加热至70?85°C，并于70?85°C下反应I?2h，得到第一反应物。
[0026]钛源优选为钛酸丁酯。钛酸丁酯与乙酸酐的体积比为1:1?1:3。
[0027]第一溶剂优选为环己烷。乙酸酐与第一溶剂的体积比为15?25:40?50。
[0028]优选地，在加热至70?85°C之前，还包括向第一溶剂中加入氯化铁的醇溶液和无水乙醇的操作，以制备掺杂Fe3+的纳米二氧化钛凝胶。初始反应物中Fe和Ti的摩尔比为1:2?1:1。氯化铁的醇溶液的浓度为5?8mol/L。氯化铁的醇溶液和无水乙醇的体积比为2.5?4:3?6。
[0029]步骤S120:将第一反应物进行固液分离，取固体，洗涤、干燥得到中间产物。
[0030]将第一反应物进行离心以使固液分离，离心的速度优选为5000?6000r/min。离心后取固体，丙酮洗涤数次，自然干燥得到中间产物。中间产物为T1(OOCCH3)2与Ti2O (OC4H9) 2 (OOCCH3) 4的混合物。
[0031]步骤S130:将中间产物溶于第二溶剂中得到混合液，向混合液中加入硝酸，得到混合物。
[0032]第二溶剂优选为去离子水。中间产物与第二溶剂的质量比优选为1:30?1:40。
[0033]硝酸优选为质量浓度为95%的硝酸。混合液与硝酸的体积比为50?125:1。
[0034]步骤S140:将混合物加热至60?80°C，并于60?80°C下反应2.5?3h得到第二反应物，调节第二反应物的pH值至出现絮状沉淀，将出现絮状沉淀的第二反应物进行固液分离，取固体物质溶于第三溶剂中，干燥，得到纳米二氧化钛凝胶颗粒。
[0035]混合物于60?80°C下反应2.5?3h得到第二反应物，该第二反应物透明，呈淡蓝色，调节其PH值至出现絮状沉淀。优选地，用质量浓度为99.5%的乙酸调节第二反应物的pH值。
[0036]优选地，离心以进行固液分离得到絮状沉淀，离心的速度为5000?6000r/min。
[0037]第三溶剂优选为水与乙醇的混合溶剂或水。水与乙醇的混合溶剂中，水与乙醇的体积比为7:3?5:5。
[0038]干燥的方法优选为于室温下自然风干。
[0039]上述纳米二氧化钛凝胶的制备方法在常压下进行反应，反应的温度最高为85°C，工艺简单，反应条件温和，无需高温高压，对设备要求较低；并且，经实验表明，该方法制备得到的纳米二氧化钛凝胶为晶红石型，且纳米二氧化钛凝胶颗粒的粒径分布较窄，具有很尚的均勾性。
[0040]并且，上述纳米二氧化钛凝胶的制备方法反应时间短，可大大提高生产效率，降低生产成本。
[0041]以下通过实施例进一步阐述。
[0042]实施例1
[0043]取市售广州鑫冠化工科技有限公司的XG228型钛酸丁酯20mL与市售美岚实业有限公司提供的乙酸酐20mL溶于50mL环己烷中，然后加热至70°C，并于70°C下反应Ih之后得到第一反应物，将第一反应物以5000r/min的速度在离心机中分离，取固体，经丙酮洗涤3次之后自然风干，得到中间产物。将得到的中间产物溶于去离子水中得到混合液，中间产物与去离子水的质量比为1:35，取10mL上述混合液，滴加2mL质量浓度为95%的硝酸得到混合物，将该混合物加热至70°C，于70°C下反应2.5h得到第二反应物，用乙酸调节第二反应物的pH值至出现絮状沉淀，将第二反应物在5000r/min下离心得到固体物质，将该固体物质溶解于去离子水中，形成纳米打02胶体溶液，自然风干之