一种二氧化钛溶胶及其制备方法与流程

本发明涉及一种二氧化钛溶胶及其制备方法。

背景技术：

二氧化钛是目前最有前景的光催化剂，它具有强氧化性，可降解绝大部分的污染物质。当能量大于或等于能隙的光照射到半导体时，半导体颗粒吸收自然光，产生电子-空穴对。光致空穴和光致电子具有强氧化性和强还原性，将吸附在二氧化钛表面的H₂O、O₂等物质氧化还原成具有强氧化性和强还原性的自由基，进而氧化还原有机污染物质，从而达到降解污染物的目的。

目前，已知纳米二氧化钛有锐钛矿、金红石、板钛矿三种晶型，锐钛矿和金红石属于四方晶系，板钛矿属正方晶系。纳米二氧化钛化学性能稳定，常温下几乎不与其他化合物反应，不溶于水、稀酸，微溶于碱和热硝酸，不与空气中CO₂、SO₂、O₂等反应，具有生物惰性。纳米二氧化钛具有热稳定性，无毒性。

纳米二氧化钛的粒径小、比表面积大、表面活性中心多、催化效率高，且对环境不产生二次污染。因此被广泛地应用于各种技术领域。在有光照的情况下，纳米二氧化钛具有强的氧化性和超亲水性,可用于空气的净化、污水的处理、太阳能的利用、抗菌、杀毒及自清洁等领域，具有很好的实际应用价值。目前制备纳米二氧化钛的方法有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶一凝胶法等，但磁控溅射法、化学气相沉积法具有设备要求高，工艺复杂，投资大等缺点，而溶胶-凝胶法多采用醇盐制备，价格颇为昂贵，即使采用水相制备，效果难以保持稳定。

目前现有技术制备的二氧化钛溶胶仍然还存在生产成本较高，工艺流程复杂操作繁琐，光催化效果不理想，特别是对有机染料的降解，其中包括亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙等有机染料的降解效果均不理想，同时也较难实现大规模生产。

技术实现要素：

本发明第一目的在于提供一种二氧化钛溶胶。

本发明另一目的在于提供上述二氧化钛溶胶的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术措施实现的：

一种二氧化钛溶胶，其特征在于：所述二氧化钛溶胶由锐钛矿型二氧化钛和无定形二氧化钛组成，为梭子状结构、颗粒粒径为7～12nm左右；比表面积较大、光催化效率较高，且对环境不产生二次污染，制备二氧化钛溶胶长期保持稳定和良好的光催化效果，利于后续二氧化钛掺杂工艺以及其他应用。

发明人在发明过程中发现，制备过程中，选择无水乙醇与去离子水组成的混合溶剂来溶解四氯化钛，配合特定的搅拌转速，再配合后续特定的后续处理步骤，可以使得本发明二氧化钛溶胶的光催化效果优异，特别适用于有机染料包括亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙等的降解，上述二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，它是按如下步骤制得的：

1.在0℃的低温条件下，将四氯化钛加入无水乙醇与去离子水组成的混合溶剂中，搅拌，搅拌转速为300～1000r/min，得到混合溶液；

2.在混合溶液中滴加氨水调节混合溶液的pH值至中性，得到白色沉淀；

3.将白色沉淀离心、并用去离子水洗涤，直至未含有氯离子；

4.取步骤3中洗涤后的白色沉淀，加入双氧水和去离子水，随后置于温度为70～100℃条件下冷凝回流1～4h进行，得到透明浅黄色二氧化钛溶胶。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤1中所述四氯化钛、乙醇、去离子水的体积比为1～5：3～5：3～30。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤1中所述无水乙醇的质量浓度为99.7％。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤2中所述氨水的质量浓度为25％～28％。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤2中所述氨水加入量与四氯化钛需满足体积比为3～12:1～3。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤4中所述双氧水的质量浓度为30％。

进一步，一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于，步骤4中所述双氧水和去离子水的加入量与四氯化钛的体积比为8～12：100～150：1～5。

本发明具有如下的有益效果：

本发明一种二氧化钛溶胶产品粒径小，比表面积大，3小时内本品对亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙的降解率分别为67.6％、99.7％、74.7％，催化效果优异，热稳定性好，无毒性，在不添加其他任何试剂的情况下能保持长期的稳定与透明；原料成本低廉易得，生产成本低，制备方法易于重现、稳定性好、成功率达100％，生产过程安全可靠，环境友好，解胶时间短，生产周期短，适用于工业化生产。

附图说明

图1为二氧化钛对亚甲基蓝的降解率；

图2为二氧化钛对罗丹明B的降解率；

图3为二氧化钛对甲基橙的降解率；

图4为二氧化钛的透射电镜图(TEM)；

图5为二氧化钛的UV-Vis吸收光谱图；

具体实施方式

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以下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，在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

实施例1

在温度为0℃条件下，取四氯化钛1ml加入到无水乙醇(质量浓度为99.7％)与去离子水各3ml混匀的混合液中，并搅拌(400r/min)，得到混合溶液。随后，在混合溶液中滴加质量浓度为28％的氨水溶液3.7ml，调节混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀。将白色沉淀离心、去离子水洗涤，直至未含有氯离子；取洗涤后的白色沉淀，加入双氧水8.5ml和去离子水120ml，在90℃下冷凝回流3小时，得到透明浅黄色二氧化钛溶胶。

试验1：取实施例1所制得的产品进行光催化效果试验。

取5ml产品加入到100ml亚甲基蓝溶液(15mg/L),暗处保存3小时，开光(使用光源为钨灯)，每隔半小时测定降解效率。实验数据如图1所示，由图可知，3小时后，本品对亚甲基蓝的降解率为67.6％。

取5ml产品加入到100ml罗丹明B溶液(15mg/L),暗处保存3小时，开光(使用光源为钨灯)，每隔半小时测定降解效率。实验数据如图2所示，由图可知，3小时后，本品对罗丹明B的降解率为99.7％。。

取5ml产品加入到100ml甲基橙溶液(15mg/L),暗处保存3小时，开光(使用光源为钨灯)，每隔半小时测定降解效率。实验数据如图3所示，由图可知，3小时后，本品对甲基橙的降解率为74.7％。。

试验2：取实施例1所制得的产品进行稳定性试验。

取本品在室内条件下放置11个月之后，产品仍旧保持稳定和透明，经测定，催化效果仍然良好，故本品稳定性良好。

实施例2

在温度为0℃条件下，取四氯化钛1ml加入到无水乙醇(质量浓度为99.7％)与去离子水各5ml混匀的混合液中，并搅拌(1000r/min)，得到混合溶液。随后，在混合溶液中滴加质量浓度为25％的氨水溶液5.8ml，调节混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀。将白色沉淀离心、去离子水洗涤，直至未含有氯离子；取洗涤后的白色沉淀，加入双氧水10.3ml和去离子水130ml，在100℃下冷凝回流2小时，得到透明浅黄色二氧化钛溶胶。

取实施例2所制得的产品，按实施例1的试验方法分别进行光催化效果试验和稳定性试验，光催化效果试验结果表明本品亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙的降解效果好，稳定性试验结果表明本品稳定性良好。

实施例3

在温度为0℃条件下，取四氯化钛1ml加入到无水乙醇(质量浓度为99.7％)与去离子水各4ml混匀的混合液中，并搅拌(1000r/min)，得到混合溶液。随后，在混合溶液中滴加质量浓度为27％的氨水溶液4.9ml，调节混合溶液的pH＝7，得到白色沉淀。将白色沉淀离心、去离子水洗涤，直至未含有氯离子；取洗涤后的白色沉淀，加入双氧水9.6ml和去离子水128ml，在70℃下冷凝回流4小时，得到透明浅黄色二氧化钛溶胶。

取实施例3所制得的产品，按实施例1的试验方法分别进行光催化效果试验和稳定性试验，光催化效果试验结果表明本品亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙的降解效果好，稳定性试验结果表明本品稳定性良好。