专利名称：一种纳米级二氧化钛新的制备技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无机非金属材料的无团聚纳米级二氧化钛的制备方法。
背景技术：
纳米二氧化钛以其优异的光催化特性成为最具代表性的纳米材料，因而成为材料产业研究的热点。但纳米二氧化钛在制备过程中会受到范德华力和液体表面张力等引力作用，发生团聚和板结现象。团聚和板结的纳米二氧化钛无法用粉碎研磨的方法打开，因而失去纳米材料的性能。
从现有公开的技术看，大部分技术使用超声波和添加有机材料或无机材料等方法，虽然可以一定程度上缓解团聚板结问题，但是效果是很有限的，并不能彻底解决纳米材料的团聚问题。专利申请200410014475.2在洗涤和干燥过程中较好地克服了纳米级二氧化钛的团聚板结问题，但其Zeta电位的生成过程不尽完善。
发明内容
为更好的解决纳米级二氧化钛的团聚和板结问题，本发明提供一种无团聚纳米级二氧化钛的制备方法。
本发明的技术方案为将无离子水缓慢的滴加到四氯化钛中，然后用无机酸或无机盐的稀溶液将其稀释，用微波加热保温得高Zeta电位的纳米级二氧化钛乳液，将纳米级二氧化钛乳液用pH值小于5.2的羧酸经过滤膜过滤洗涤，然后加入羧酸共沸蒸馏脱除水和有机酸得纳米级二氧化钛。
本发明用微波加热的方法可以得到Zeta电位较高的纳米级二氧化钛水乳液；优选有机酸为羧酸；过滤膜为超滤膜；脱除水和有机酸采用减压共沸蒸馏法；无机酸或者无机盐为硝酸或者硫酸盐。
水是极性分子，在高频率的微波作用下，水分子会随微波频率作高速旋转运动，高速旋转的水分子以及水分子和新生成的纳米级二氧化钛颗粒互相摩擦，产生大量的静电电荷，形成较高的Zeta电位。由于纳米级二氧化钛的表面有较高的Zeta电位，形成的纳米级二氧化钛水乳液有很高的稳定性。
普通热传导加热方式，是通过分子间传递振动和对流完成的。这种振动和对流虽然也可以使纳米级二氧化钛颗粒产生一定的Zeta电位，但电位偏低，水乳液极易因Zeta电位不足发生团聚沉淀现象。用微波辐射加热，第一、无须搅拌可以快速均匀地加热含钛溶液，促进水解生成纳米二氧化钛；第二、高频率微波可以在分子水平上，让水分子高速旋转摩擦，从而使纳米级二氧化钛附着大量的静电电荷，形成较高的Zeta电位，为最终利用Zeta电位制备无团聚的纳米级二氧化钛打下基础。
纳米级二氧化钛生成过程和静电电荷的附着过程是同步的。加热和电荷的发生都由微波一次完成。使用微波加热后，纳米级二氧化钛水乳液有很高的稳定性。
为了克服洗涤过程中的团聚问题，本专利利用DLVO理论中Zeta电位与pH值之间的关系，在保持较高Zeta电位的条件下，用酸性溶液洗涤水乳液。DLVO理论是研究粒子胶态行为的经典理论，该理论认为Zeta电位是反映粒子稳定，聚集，聚沉，絮凝的一个重要参数，当粒子表面电荷密度较高时，粒子有较高的Zeta电位，粒子间的静电斥力较大，乳液保持较高的稳定性。本发明在制备过程中，将含有较高Zeta电位的纳米级二氧化钛水乳液用pH值小于5.2的羧酸溶液进行洗涤，使颗粒在酸性环境中保持较高的Zeta电位，由于颗粒表面有较高的电荷密度，粒子间的排斥力抵消了范德华力和液桥力等引力作用，防止了颗粒团聚现象的发生。
本发明采用加入高溶解度的羧酸进行共沸蒸馏的脱水方法，是因为羧酸的表面张力较小，并且可以维持颗粒间的静电斥力，使颗粒处于互相排斥的状态，抵消了其表面张力对颗粒的收缩(板结)力，得到无团聚的纳米级二氧化钛。
本发明将无离子水缓慢地滴加到四氯化钛中，至得呈丁达尔现象的浅黄色清亮透明含钛溶液为止；加入无机酸或盐可以促进晶体的生成和提高粉体的比表面积；加热可以促进水解生成二氧化钛颗粒，保温有利于晶核的生成和发育。
在本发明中，纳米级二氧化钛从其生成的加热过程中，到其后的洗涤、干燥过程中始终保持较高的Zeta电位。纳米级二氧化钛在高Zeat电位环境下，始终受静电电荷的作用互相排斥，从而最终制备出无团聚的纳米级二氧化钛。
具体实施例方式
实施例一、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率2450MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝0.5的甲酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例二、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.3％的硝酸稀释搅拌均匀，用频率2450MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝1的乙酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入800克的丁酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例三、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率915MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4的丙酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例四、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率2450MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4的丁酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1500克的甲酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例五、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率915MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝3.5的丙二酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的丙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例六、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率5GHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝3的乙二酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例七、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率2450MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4的顺丁烯二酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例八、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率20GHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝3的苯甲酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例九、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率60GHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4的反丁烯二酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例十、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率200GHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4的邻苯二甲酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
实施例十一、将无离子水缓慢的滴加到950克的四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的含钛溶液。用10升的0.5％的硫酸钠稀释搅拌均匀，用频率915MHz的微波炉加热至90摄氏度以上，并保温1-3小时得纳米级二氧化钛水乳液，以pH＝4.5的羟基乙酸溶液用超滤膜过滤进行洗涤至以硝酸银检测无氯离子存在。然后加入1000克的乙酸进行减压共沸蒸馏，脱除水、有机酸得十纳米的纳米级二氧化钛。
权利要求
1.一种纳米级二氧化钛的制备方法，其特征是将无离子水缓慢的滴加到四氯化钛中，使其形成浅黄色透亮的溶液，然后用无机酸或无机盐的稀溶液将其稀释，用微波加热保温得高Zeta电位纳米级二氧化钛乳液，将纳米级二氧化钛乳液用pH值小于5.2的羧酸经过滤膜过滤洗涤，然后加入羧酸共沸蒸馏脱除水和有机酸得纳米级二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是用微波加热含钛溶液，加热微波的波长在1m-1mm之间(微波频率300MHz-300GHz)
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是使用微波加热时，新生成的纳米二氧化钛表面产生大量的静电电荷，并形成较高Zeta电位。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是利用高Zeta电位形成的静电斥力克服各种引力作用，制备纳米级二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是纳米级二氧化钛从其生成的加热过程中，到其后的洗涤、干燥过程中始终保持较高的Zeta电位。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是洗涤用酸的pH值小于5.2。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是洗涤用酸为羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、羟基乙酸、乙二酸、丙二酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、苯甲酸、邻苯二甲酸等。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是干燥共沸用酸为羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等。
全文摘要
本发明公开了一种无机非金属材料的无团聚纳米二氧化钛的制备方法。它将无离子水缓慢的滴加到四氯化钛中，然后用无机酸或无机盐的稀溶液将其稀释，用微波加热保温得高Zeta电位的纳米级二氧化钛乳液，将纳米级二氧化钛乳液用pH值小于5.2的羧酸经过滤膜过滤洗涤，然后加入羧酸共沸蒸馏脱除水和有机酸得纳米级二氧化钛，主要用于塑料、橡胶、涂料、燃料电池等。
文档编号B82B3/00GK101054203SQ20071002273
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月26日 优先权日2007年5月26日
发明者缪文彬 申请人:缪文彬