一种粒径可控的爆轰合成球形纳米氧化钛的方法

专利名称：一种粒径可控的爆轰合成球形纳米氧化钛的方法
技术领域：
本发明涉及一种爆轰法合成纳米材料的方法，更具体地说，本发明涉及一种粒径可控的爆轰合成球形纳米氧化钛的配方和制备方法。生成的球形纳米氧化钛可用于光催化、紫外吸收、化妆品等领域。
背景技术：
二氧化钛用途非常广泛，可广泛用于钛白颜料开发，太阳能电池、环境光催化剂、食品包装、抗菌纤维、木器保护漆、汽车高档面漆、透明涂料、化妆品防晒剂、感光材料和自洁净功能材料等诸多领域。
生产纳米二氧化钛的常用方法可以分为物理方法和化学方法物理法又可以分为构筑法和粉碎法，构筑法却有难以大规模生产和耗能巨大、设备较为昂贵的缺点，而粉碎法工艺简单可连续生产，但是过于简单的加工工艺难以控制颗粒的均匀程度，还容易掺入杂质。常用的合成纳米氧化钛的化学方法包括气相法和液相法。其中气相合成方法主要包括氢氧焰高温水解法、钛醇盐气相水解法、TiCl4气相氧化法等，液相合成方法主要包括溶胶凝胶法、水热反应法、微乳液法等。这些方法普遍存在生产成本高、对环境污染严重、易团聚、能耗大等缺点。专利CN200410020553. X提出了可以将单质炸药和氧化物前驱体物理混合，形成可爆炸混合物，通过引爆含有氧化物前驱体的单质炸药制备各种氧化物。但它没有明确说明制备纳米氧化钛的可爆炸混合物的具体成分及配比，而且在该专利中没有说明控制纳米氧化钛粒径的方法。专利CN200510133956. X提出了一种以低温液相热解法制备纳米氧化钛的方法，但该方法要用到高压反应釜等设备，成本较高，制备过程中需要消耗大量的有机溶剂，反应副产物较多。

发明内容
本发明的目的是提供一种人工合成球形纳米氧化钛的方法，以解决现有技术中存在的问题。用本发明制备的纳米氧化钛颗粒外形为规则的球形，且粒径分布均匀，粒径在IO-1OOnm之间可调。由于它化学性质稳定，具有高的比表面积，是一种优良的光催化剂。本发明的技术方案是所述的球形纳米氧化钛制备方法依次由以下步骤组成
(a)将钛盐、硝酸铵和水混合形成水溶液，升温至60-65°C并保温待用；其中钛盐占原料总量的7%-13% ;硝酸铵占原料总量的40%-60% ;硝酸钠占原料总量的10%-20% ;水占原料总量的10%-14% ；
(b)按照合成的纳米氧化钛的目标粒径范围，选择对应的表面活性剂，将有机烃类化合物和表面活性剂熔化并混合成均匀的溶液，升温至70-80°C并保温待用；其中表面活性剂占原料总量的5%-8% ;有机烃类化合物占原料总量的3%-8% ；
(c)将步骤(a)和(b)中获得的溶液在55-65°C进行混合，按照合成的纳米氧化钛的粒径要求，控制搅拌桨的转速，形成油包水型的膏状物；(d)待(c)中获得的油包水型膏状物温度降至50-60°C时，向其中加入敏化剂，并使之与膏状物充分混合均匀，形成密度为1. 05 1. 20g/cm3的可爆炸膏状物；其中敏化剂占原料总量的O. 2%-0. 6% ；
(e)在爆炸罐中用雷管引爆(d)中的可爆炸膏状物，获得含球形纳米氧化钛的爆炸产
物；
(f)将在(e)中获得的爆炸产物进行提纯处理，得到最终产品球形纳米氧化钛；
其中，有机烃类化合物由复合蜡、石蜡、地蜡和柴油等的一种或多种组成；表面活性剂
为失水山梨糖醇油酸酯、聚异丁烯丁二酰亚胺、硬脂酸聚氧乙烯酯、松香酸聚氧乙烯酯等的 一种或多种混合而成；敏化剂为亚硝酸盐、碳酸氢盐、有机偶联化合物、树脂微球中的一种或多种组分混合而成；钛盐为硫酸氧钛。所述纳米氧化钛的目标粒径范围与表面活性剂及搅拌桨转速的关系见表I
权利要求
1.1. 一种粒径可控的爆轰合成球形纳米氧化钛的方法，包括以下步骤 a将钛盐、硝酸铵、硝酸钠和水混合形成水溶液,升温并保温待用； b将有机烃类化合物和表面活性剂熔化并混合成均匀的溶液，升温并保温待用；c将步骤a和b中获得的溶液进行混合，搅拌，形成油包水型的膏状物；d待步骤c中获得的油包水型膏状物降温，向其中加入敏化剂，并使之与膏状物充分混合均匀，形成可爆炸膏状物； e在爆炸罐中用雷管引爆步骤d中的可爆炸膏状物，获得含球形纳米氧化钛的爆炸产物； f将在步骤e中获得的爆炸产物提纯，得到最终产品球形纳米氧化钛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(a)中钛盐占原料总量的7%_13%;硝酸铵占原料总量的40%-60% ;硝酸钠占原料总量的10%-20% ;水占原料总量的10%-14% ;升温至60-65 °C之后，保温待用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(b)中表面活性剂占原料总量的5%-8% ;有机烃类化合物占原料总量的3%-8% ;升温至70-80°C之后，保温待用。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(c)中的混合温度为55-65°C，搅拌桨转速为 1000-3000rpm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(d)中油包水型膏状物温度降至50-60°C时加入敏化剂；其中敏化剂占原料总量的O. 2%-0. 6% ;所述可爆炸膏状物密度为1.05 1. 20g/cm3。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是有机烃类化合物为复合蜡、石蜡、地蜡和柴油中的一种或二种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是表面活性剂为失水山梨糖醇油酸酯、聚异丁烯丁二酰亚胺、硬脂酸聚氧乙烯酯、松香酸聚氧乙烯酯中的一种或二种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的敏化剂由亚硝酸盐、碳酸氢盐、有机偶联化合物、树脂微球中的一种或二种以上的混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的钛盐为硫酸氧钛。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是所形成的纳米氧化钛的粒径可控制在IO-1OOnm0
全文摘要
本发明属于物理或化学方法领域，提供了一种粒径可控的可用于球形纳米氧化钛爆轰合成的配方和制备方法。其特征是将钛盐、硝酸铵和有机烃类化合物经混合和敏化制备成具有爆炸性能的膏状物；将其引爆后，作为氧化剂的硝酸铵与作为还原剂的有机烃类化合物发生剧烈的氧化还原反应，形成高温、高压环境，使钛原子氧化成氧化钛，并在惰性冷却介质作用下结晶、聚集形成球形纳米氧化钛。本发明的优点是生产过程环境污染小，工艺简单，成本低，易放大产量进行工业化生产；产品颗粒粒径分布在10-100nm范围内可调；产品外观为规则的球形。
文档编号B82Y30/00GK103011271SQ20121047222
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者韩志伟, 解立峰, 倪欧琪, 陈际洋, 解一超 申请人:南京理工大学