专利名称：一种纳米二氧化钛前驱体的制备方法
技术领域：
本发明涉及属于纳米材料的制备领域，具体地说是涉及一种纳米二氧化钛前驱体的制备方法。
背景技术：
纳米二氧化钛做为一种重要的无机功能材料，因其具有高的光催化活性、良好的耐候性、耐腐蚀性，强紫外线屏蔽能力以及能产生奇特颜色效应等许多独特的性能，而在废水处理、防晒护肤、涂料和汽车工业、传感器、功能陶瓷、光催化剂等诸多领域备受人们的关注。另外，二氧化钛/有机基体纳米复合材料可以将无机、有机、纳米粒子的诸多特性集于一身，具有许多特异性能，正成为人们的研究热点之一。
无论纳米二氧化钛还是二氧化钛/有机基体纳米复合材料的制备都要先选择合适的二氧化钛前驱体。常用的纳米二氧化钛前驱体主要包括有机钛酸酯、四氯化钛和硫酸钛。但是有机钛酸酯和四氯化钛均为液相，且及其容易潮解，使得原料的储存和运输很不方便；同时有机钛酸酯的价格偏高，导致产品的成本偏高，不利于工业化生产的推广；另外，有机钛酸酯和四氯化钛的水解速度过快，不利于实验条件的控制。而硫酸钛虽然具有不宜潮解，价格低廉等优点，但其只能溶解于水中，不能直接溶解于有机溶剂中，这就限制了其在制备二氧化钛/有机基体复合材料方面的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的纳米二氧化钛前驱体中，有机钛酸酯和四氯化钛易潮解而不利于储运、价格高导致成本高、水解速度过快而不利于实验条件的控制；硫酸钛不能直接溶解于有机溶剂中而限制了其应用的缺陷，从而提供一种原料宜得、成本低廉、易于储运，且水解速度适中的纳米二氧化钛前驱体的制备方法。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的本发明提供一种纳米二氧化钛前驱体的制备方法，包括如下步骤1)将硫酸钛加入到水中，搅拌至完全溶解，形成硫酸钛浓度大于1mol/L的溶液A；
所述的水可以是蒸馏水、二次蒸馏水和去离子水等较纯净的水；所述的溶液A优选硫酸钛的饱和溶液；2)向溶液A中加入乙酰丙酮，在15～75℃下搅拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量与溶液A中的硫酸钛的摩尔比为2～5；3)在搅拌的情况下将溶液B加入到丙酮溶液，溶液B与丙酮的体积比小于0.5，则立刻有黄色颗粒生成，继续搅拌1～12h，将上述溶液过滤或离心，得到浅黄色颗粒；所述的丙酮溶液中水的重量含量为0.1～1％；4)将步骤3)得到的浅黄色颗粒，自然风干，或在40～80℃下烘干1～10h，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。
与现有技术相比，本发明提供的方法制备的纳米二氧化钛前驱体具有如下优点1.该纳米二氧化钛前驱体从硫酸钛出发，原料宜得，成本低廉。
2.该纳米二氧化钛前驱体制备工艺流程简单，适于工业化生产。
3.该纳米二氧化钛前驱体为固体、不宜于潮解，易于储存和运输。
4.该纳米二氧化钛前驱体水解速度适中，在制备二氧化钛时反应条件易于控制。
5.该纳米二氧化钛前驱体，直接经高温煅烧即可得到粒径在100～500nm的二氧化钛纳米颗粒。
6.该纳米二氧化钛前驱体直接溶解于水中，不用任何处理即可得到粒径为10nm左右，无团聚现象的Ti(OH)4颗粒。
7.该纳米二氧化钛前驱体可以溶解于乙醇等有机溶剂之中，适于二氧化钛/有机基体复合材料的制备。
图1为本发明实施例1制备的纳米二氧化钛前驱体的TEM照片；图2为本发明实施例1制备的纳米二氧化钛前驱体的热分析曲线；图3为本发明实施例1制备的纳米二氧化钛前驱体经600℃煅烧后的XRD曲线；图4为用为本发明实施例1制备的纳米二氧化钛前驱体直接溶于水中得到的Ti(OH)4纳米颗粒。
具体实施例方式
实施例1.
将10g的硫酸钛(0.078mol)加入到15ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入20ml(0.2mol)的乙酰丙酮，在15℃搅拌24h，形成棕褐色溶液B。在搅拌的情况下将溶液B 5ml缓慢加入到1L含水量为1％的丙酮溶液，则立刻有黄色颗粒生成，继续搅拌12h。将上述溶液过滤，将得到的浅黄色颗粒自然风干，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。
用透射电子显微镜(TEM)测试，如图1所示，该纳米二氧化钛前驱体为球形颗粒，其粉体粒度在100～500nm范围。
对该纳米二氧化钛前驱体进行热分析，其TG-DTA曲线如图2所示，当温度达到500℃时，该纳米二氧化钛前驱体分解完全。
将此纳米二氧化钛前驱体在马弗炉中600℃煅烧2h，即可得到球形分散的二氧化钛纳米颗粒，该二氧化钛纳米颗粒的粒径在100～500nm的范围，其XRD曲线如图3所示，可见该二氧化钛纳米颗粒为锐钛矿型。
将此纳米二氧化钛前驱体10g溶解于1L去离子水中，搅拌0.5～2h，不用任何其它的处理，即可得到白色的Ti(OH)4颗粒。其SEM照片如图4所示，得到的Ti(OH)4纳米颗粒的粒径约为10nm，无团聚现象，具有良好的分散性。将此颗粒在不同温度下煅烧，也可得到二氧化钛纳米颗粒。
实施例2.
将12.8g的硫酸钛(0.1mol)加入到10ml二次蒸馏水中，搅拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入0.2mol的乙酰丙酮，在75℃搅拌0.5h，形成棕褐色溶液B。在搅拌的情况下将溶液B 50ml缓慢加入到1L含水量为0.1％的丙酮溶液，则立刻有黄色颗粒生成，继续搅拌1h。将上述溶液离心，将得到的浅黄色颗粒在40℃烘干10h，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。
实施例3.
将12.8g的硫酸钛(0.1mol)加入到100ml去离子水中，搅拌至完全溶解，形成溶液A。向溶液A中加入0.5mol的乙酰丙酮，在50℃搅拌12h，形成棕褐色溶液B。在搅拌的情况下将溶液B 200ml缓慢加入到1L含水量为0.5％的丙酮溶液，则立刻有黄色颗粒生成，继续搅拌5h。将上述溶液离心，将得到的浅黄色颗粒在80℃烘干1h，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。
权利要求
1.一种纳米二氧化钛前驱体的制备方法，包括如下步骤1)将硫酸钛加入到水中，搅拌至完全溶解，形成硫酸钛浓度大于1mol/L的溶液A；2)向溶液A中加入乙酰丙酮，在15～75℃下搅拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量与溶液A中的硫酸钛的摩尔比为2～5；3)在搅拌的情况下将溶液B加入到丙酮溶液，溶液B与丙酮的体积比小于0.5，则立刻有黄色颗粒生成，继续搅拌1～12h，将上述溶液过滤或离心，得到浅黄色颗粒；4)将步骤3)得到的浅黄色颗粒，自然风干或烘干，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。
2.如权利要求1所述的纳米二氧化钛前驱体的制备方法，其特征在于所述的水为蒸馏水、二次蒸馏水或去离子水。
3.如权利要求1所述的纳米二氧化钛前驱体的制备方法，其特征在于所述的溶液A为硫酸钛的饱和溶液。
4.如权利要求1所述的纳米二氧化钛前驱体的制备方法，其特征在于所述的丙酮溶液中水的重量含量为0.1～1％。
5.如权利要求1所述的纳米二氧化钛前驱体的制备方法，其特征在于步骤4)中所述的烘干是在40～80℃下进行1～10h。
全文摘要
本发明涉及属于纳米材料的制备领域，具体地说是涉及一种纳米二氧化钛前驱体的制备方法。该方法包括将硫酸钛加入到水中，搅拌至完全溶解，形成硫酸钛浓度大于1mol/L的溶液A；然后加入乙酰丙酮，在15～75℃下搅拌0.5～24h，形成棕褐色溶液B；乙酰丙酮的加入量与溶液A中的硫酸钛的摩尔比为2～5；最后边搅拌边将溶液B加入到丙酮溶液，溶液B与丙酮的体积比小于0.5，继续搅拌，将得到的浅黄色颗粒自然风干或烘干，得到本发明的纳米二氧化钛前驱体。该方法原料宜得、成本低廉、易于储运；制得的纳米二氧化钛前驱体水解速度适中，在制备二氧化钛时反应条件易于控制；且可以溶解于乙醇等有机溶剂之中，适于二氧化钛/有机基体复合材料的制备。
文档编号C01G23/00GK1827529SQ20051005144
公开日2006年9月6日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者付绍云, 李元庆, 李明 申请人:中国科学院理化技术研究所