一种纳米TiO₂的制备方法

专利名称：一种纳米TiO₂的制备方法
技术领域：
本发明涉及二氧化钛的制备方法，尤其是涉及一种利用水热合成 法制备二氧化钛的方法。
背景技术：
Ti02是一种禁带宽度为3.2eV的n型半导体，化学性质稳定，光 催化活性高，对人体完全无害。1991年，瑞士 Gratzel教授及其合作 者发明了一种新型太阳能电池——染料敏化太阳能电池，这种电池因 其制备简单、成本低廉等特点受到世界各国科学家的广泛关注。其中 Ti02作为该电池光阳极的主要组成部分发挥了重要作用。1972年， 日本东京大学发明了用二氧化钛为主要部件的光分解水装置，为人类 利用氢气这种清洁能源提供了一条简单易行的途径。1993年， Chemical Review上发表的关于利用二氧化钛的光催化性能来降解污 水中污染物的论文，引起了科学界的广泛关注。
制备二氧化钛纳米晶体的方法有很多，其中水热合成法由于其制 备原料便宜、晶粒发育完整、粒度分布均匀、晶相单一、颗粒之间团 聚少并具有较高的比表面积受到人们的广泛关注。当前水热法的研究 中，常用硝酸溶液作为钛源的水解液。硝酸具有强腐蚀和强氧化性， 而且在光照和加热条件下性质不稳定，在实际操作过程中对环境和人 体健康具有一定危害。

发明内容
针对现有技术中存在的对环境和人体健康存在的安全隐患，本发 明提出一种本发明提供一种用有机酸替代硝酸制备二氧化钛纳米晶 体的方法，本发明采取如下技术方案
一种纳米Ti02的制备方法，其特征在于，制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1:
0. 8 0.2;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0. l 1;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 1 30;
(4) 剧烈搅拌20分钟 1小时，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在210 。C一300。C范围内反应12小时 24小时，冷却到室温后 取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。 所述的纳米Ti02的制备方法，具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.8;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为l: 0.1;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液，含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为h 1;
(4) 剧烈搅拌20分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%,在210 "C内反应12小时 24小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。
3、根据权利要求l所述的纳米Ti02的制备方法，其特征在于， 具体制备步骤如下 (1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.2;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 1;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 30;
(4) 剧烈搅拌l小时，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在300 。C内反应12小时 24小时，冷却到室温后取出；
(6)得到纳米二氧化钛胶体溶液。 所述的纳米Ti02的制备方法，具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇
溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1-
0.5;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为l: 0.5;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液，含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 15;
(4) 剧烈搅拌40分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在260 °。范围内反应18小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。 所述的纳米Ti02的制备方法，具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.4;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0.3; (3)在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯
的乙醇溶液体积比为1: 8;
(4) 剧烈搅拌30分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在240
范围内反应15小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。 所述的纳米Ti02的制备方法，具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.6;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0. 7 ;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 19;
(4) 剧烈搅拌50分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在270 。C范围内反应20小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。
本发明的特点在于利用含巯基基团的羧酸与钛离子间强的相互
作用，使羧酸根离子吸附在纳米粒子表面，抑止水热体系中"第n类
聚集体"生长的发生，并通过温度控制体系的成核数量，进而控制生 成的纳米Ti02粒子尺寸。
具体实施方式
实施例1
具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.8;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0.1;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 1;
(4) 剧烈搅拌20分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在210 'C内反应12小时 24小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。 实施例2
具体制备步骤如下 (1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.2;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 1;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液，含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯
的乙醇溶液体积比为l: 30;
(4) 剧烈搅拌l小时，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在300 ℃内反应12小时 24小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。
实施例3
具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.5;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0.5;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 15;
(4) 剧烈搅拌40分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%,在260 ℃范围内反应18小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。
实施例4
具体制备步骤如下 (1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.4;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0.3;
(3) 在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液,含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯 的乙醇溶液体积比为l: 8;
(4) 剧烈搅拌30分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%，在240 范围内反应15小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。 实施例5
具体制备步骤如下
(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇 溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为1: 0.6;
(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水 中搅拌均匀，与含巯基基团的羧酸与水的体积比为1: 0.7 ; (3)在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基 基团的羧酸水溶液，含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯
的乙醇溶液体积比为l: 19;
(4) 剧烈搅拌50分钟，得到透明的水热前驱体溶液；
(5) 将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80%,在270
C范围内反应20小时，冷却到室温后取出；
(6) 得到纳米二氧化钛胶体溶液。
权利要求
1. 一种纳米TiO2的制备方法，其特征在于，制备步骤如下(1)配制钛酸正丁酯的乙醇溶液将钛酸正丁酯加入无水乙醇溶液中搅拌均匀，乙醇与钛酸正丁酯溶液的体积比为10.8～0.2；(2)配制含巯基基团的羧酸水溶液将含巯基基团的羧酸加入水中搅拌均匀，含巯基基团的羧酸与水的体积比为10.1～1；(3)在上述配制的钛酸正丁酯的乙醇溶液中滴加配制的含巯基基团的羧酸水溶液，含巯基基团的羧酸水溶液与钛酸正丁酯的乙醇溶液体积比为11～30；(4)剧烈搅拌20分钟～1小时，得到透明的水热前驱体溶液；(5)将前驱体溶液加入到水热反应釜中，填充度80％，在210℃—300℃范围内反应12小时～24小时，冷却到室温后取出；(6)得到纳米二氧化钛胶体溶液。
全文摘要
本发明涉及二氧化钛的制备方法，尤其是涉及一种利用水热合成法制备二氧化钛的方法。将钛酸正丁酯加入无水乙醇溶液中，搅拌均匀后缓慢滴加含巯基基团的羧酸水溶液，剧烈搅拌20分钟～1小时，得到透明的水热前驱体溶液。将前驱体溶液加入到水热反应釜中范围，冷却到室温后取出，即得到纳米二氧化钛胶体溶液。本发明所制备的TiO₂可应用于染料敏化太阳能电池、化妆品、涂料等诸多领域。
文档编号C01G23/053GK101381099SQ20081023172
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者李德娜 申请人:彩虹集团公司