一种制备高分散纳米TiO₂的方法

专利名称：一种制备高分散纳米TiO₂的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种以溶致液晶为模板制备高分散纳米TiO2的方法
背景技术：
纳米TiO2具有独特的光催化活性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。目前，纳米TiO2的制备方法主要有物理方法和化学方法两大类。物理方法包括离子溅射法、射频磁控溅射法、机械研磨法等，因存在粉体粒度控制困难而较少使用。化学方法分为气相法和液相法，气相法包括气相氧化法、气相水解法、化学气相沉积法等，而液相法包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。气相法制备的TiO2具有纯度高，粒度小，单分散性好等优点，但是采用的 设备复杂，能耗大，成本高。而液相法具有设备简单，原料容易获得，纯度高，化学组成控制准确等优点，是目前广泛采用的TiO2制备方法，但由于所制备的纳米粒子表面张力非常大，容易产生团聚，单分散性差，使其应用受到一定的影响。提供一种简单的高分散性的纳米TiO2的制备方法，具有重要意义。溶致液晶通常是由一定浓度的双亲分子在溶剂中形成的长程有序结构，它兼有液体可流动性和晶体各向异性的特点，是介于固体与液体之间的中介相。由于溶致液晶模板易于构筑，且具有特定的结构，如层状相、立方相、反立方相、六方相、反六方相等，可有效地对纳米粒子的大小和形貌进行调控，因此，有研究者使用溶致液晶作为制备纳米材料的模板，如制备纳米SiO2、纳米Ag等，并取得了一定的进展，但TiO2的液晶法制备尚未见文献报道。

发明内容
针对本领域技术方面的不足之处，本发明提出一种制备高分散纳米TiO2的方法。实现本发明目的的技术方案为:一种制备高分散纳米TiO2的方法，包括步骤:I)去离子水、椰油酸二乙醇酰胺(6501)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE09)按质量比例0.1-1.5:0.3-1.5:0.4混合，静置并加热后得溶致液晶A ；2)酸性无水乙醇为B液，将钛盐加入B液中制得C液；3)将C液缓慢加入到溶致液晶A中，C液体积(ml)和溶致液晶A质量(g)比例为1:0.5-1.2 ;然后将所得混合物洗涤、干燥、焙烧。其中，所述步骤I)中去离子水、椰油酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后先于25-30°C下静置24-48小时，然后在95_120°C下加热15_20min。三种组分混合后，可以搅拌或不搅拌，然后可以在25-30°C下静置、或是在3-5°C低温静置。优选地，三种组分混合后直接置于25°C的水浴锅中静置。其中，所述步骤2)中无水乙醇的pH值为1-2，使用硝酸、盐酸或硫酸中的一种或多种调节其pH值。其中，所述步骤2)中的钛盐为钛酸丁酯或钛酸四异丙酯；所述将钛盐加入B液中为在搅拌条件下缓慢地加入，使钛盐尽快分散。实际操作中可采用搅拌的速度为300-5001./min下滴加、或搅拌条件下分批次加入、或其他本领域常规的方法。其中，所述钛盐与B液的体积比为1:1_3。其中，所述步骤3)中在搅拌条件下将C液缓慢加入到溶致液晶A中，静置，用去离子水洗涤，然后将所得混合物干燥、焙烧。缓慢加入的目的是使加入物质在搅拌情况下尽快分散开来。所述缓慢加入，可采用滴加的方法、分批次加入法或其他本领域常规的方法。滴加的速度可控制为2-4滴/S。所述搅拌的速度为100-300r/min。其中，所述C液缓慢加入到溶致液晶A后，还继续搅拌10-15小时，然后静置24-48小时。其中，所述步骤3)中的干燥温度为100°C，时间为1-2小时。其中，所述步骤3)中的焙烧分两段进行:第一段焙烧2-4小时，第二段焙烧2-3小时，焙烧的温度为500-600°C。其中，所述焙烧中，还包括第一段焙烧后将物料粉碎的过程。本发明的有益效果在于:通过控制6501、AE09和水的比例以及制备温度、静置时间和搅拌条件，可制备出不同晶相结构的三组分溶致液晶。在此基础上，以制备的三组分溶致液晶为模版，制备纳米TiO20本发明操作简单，条件温和，能耗少，所制备纳米粒子颗粒小，粒径均匀，分散性好。能够在水相或其他介质中分散稳定，具有更高的实用价值。


图1本发明实施例16501，AE09和水的三组分溶致液晶偏光纹理图。放大倍数为
40倍。图2实施例1制备的三组分溶致液晶的XRD谱图。图3为实施例2不同方法制得的溶致液晶的偏光纹理图。放大倍数为40倍。图4为实施例3不同温度下溶致液晶的偏光纹理图。放大倍数为40倍。图5为实施例3体现热处理对液晶晶相结构影响的偏光纹理图。放大倍数100倍。图6实施例4制得的纳米TiO2的XRD谱7纳米TiO2的SEM图。
具体实施例方式现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1:三组分溶致液晶的制备:按表I原料组成，先将适量的去离子水置于烧杯中，再先后加入6501和AE09，密封后置于25°C水浴中静置36小时，制得6501，AE09和水的三元溶致液晶。不同质量比的溶致液晶的偏光纹理图如图1所示。由图1可以看出，不同的原料配比，所制得的溶致液晶的晶相结构有所不同。其中以b配比作为实施例2的原料配比。

表I实施例1四种原料组成
权利要求
1.一种制备高分散纳米TiO2的方法，其特征在于，包括步骤: 1)去离子水、椰油酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚按质量比例0.1-1.5:0.3-1.5:0.4混合，静置并加热后得溶致液晶A ； 2)酸性无水乙醇为B液，将钛盐加入B液中制得C液； 3)将C液缓慢加入到溶致液晶A中，C液体积和溶致液晶A质量比例为1:0.5-1.2 ;然后将所得混合物洗涤、干燥、焙烧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I)中去离子水、椰油酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚混合后先于25-30°C下静置24-48小时，然后在95_120°C下加热15_20mino
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中无水乙醇的pH值为1-2，使用硝酸、盐酸或硫酸中的一种或多种调节其PH值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钛盐为钛酸丁酯或钛酸四异丙酯，所述将钛盐加入B液中为在搅拌条件下缓慢地加入。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述钛盐与B液的体积比为1:1_3。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中在搅拌条件下将C液缓慢加入到溶致液晶A中，静置，用去离子水洗涤，然后将所得混合物干燥、焙烧。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述C液缓慢加入溶致液晶A后，还继续搅拌10-15小时，然后静置24-48小时。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述搅拌的速度为100-300r/min;所述干燥的温度为100°C，时间为1-2小时。
9.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的焙烧分两段进行:第一段焙烧2-4小时，第二段焙烧2-3小时，焙烧的温度为500-600°C。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述焙烧中，还包括第一段焙烧后将物料粉碎的过程。
全文摘要
本发明属于纳米材料领域，提供了一种制备高分散纳米TiO2的方法，包括步骤1)去离子水、椰油酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚按质量比例0.1-1.5:0.3-1.5:0.4混合，加热后得溶致液晶A；2)酸性无水乙醇为B液，将钛盐加入B液中制得C液；3)将C液缓慢加入到溶致液晶A中，C液和溶致液晶A体积比例为1:0.5-1.2；然后将所得混合物洗涤、干燥、焙烧。本发明提出的方法，通过控制椰油酸二乙醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚和水的比例以及温度、静置时间等条件，可制备出不同晶相结构的溶致液晶，在此基础上制备纳米TiO2。本发明操作简单，条件温和，能耗少，所制备纳米粒子颗粒小，粒径均匀，分散性好。
文档编号B82Y30/00GK103193264SQ201310106378
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者方奕文, 魏少巍, 高伟标, 曾胜, 谭淑英, 黄嘉宝, 游越 申请人:汕头大学