专利名称：一种花球状二氧化钛及其制备方法
技术领域：
本发明涉及二氧化钛纳米材料及其制备方法，特别涉及一种花球状二氧化钛及其制备方法。
背景技术：
二氧化钛是一种安全无毒、化学性质稳定、低成本的半导体氧化物，在化妆品、纺织、 涂料、橡胶、印刷、光催化、污水处理和太阳能电池等领域有着广泛的应用。
目前制备二氧化钛的方法主要有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热 法等。磁控溅射法、化学气相沉积法，通常需要高真空及大型设备，投入大，生产成本高。 溶胶-凝胶法采用四氯化钛或者钛酸四丁酯水解来制备溶胶，由于水解较为剧烈，反应过程 难以控制。水热法设备简单，反应与外界隔绝，制备得到的二氧化钛纯净、结晶较好、形貌 可控，而成为广受关注的制备二氧化钛的方法。
水热实验制备二氧化钛，往往以四氯化钛或者钛酸四丁酯作为原料，上述化学物质化学 性质活泼，水解剧烈，容易产生危险。也有研究者采用二氧化钛粉末作为原料制备纳米二氧 化钛，但这样得到的二氧化钛形貌比较简单，主要以一维纳米线和纳米管为主，难以得到三 维复杂结构。
专利CN1807258-A以钛板为原料，先将钛板在氢氟酸、硝酸与去离子水的混合洗液中清 洗；再将钛板在双氧水、硝酸和四氮六甲圜的混合溶液中，在60 80。C下反应48小时以上； 反应后的钛片用去离子水清洗，干燥，在300 50(TC保温至少10分钟，制备得三维纳米花 结构二氧化钛。以钛板为原料，酸清洗时会引起钛原料的流失，增加了成本；反应时需加入 有机物，反应时间长，且需要后续的高温处理。
文献[Journal of Alloys and Compounds, 2008， 459， 369-376]中采用双氧水和盐酸或 者双氧水和硝酸的混合溶液，先对钛板表面进行化学处理，然后将钛板用蒸馏水洗净并干燥， 最后将洗净干燥好的钛板和氨水混合进行水热反应，在钛板的表面上制得一层锐钛矿的 Ti02。以钛板为原料，双氧水和盐酸或者双氧水和硝酸的混合溶液处理会引起钛原料的流失， 增加了成本，且只能在钛板表面制备一薄层的Ti02，不能制备复杂的三维Ti02纳米结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以纯钛材料为原料，没有有机物参与，而能制备复杂形貌二
3氧化钛的制备方法。本制备方法过程简单、可控，反应温和，充分利用反应原料，不会产生 有害气体，对人体无害。
本发明制得的Ti02材料，形貌为球状，直径为500 nm 1500 nm,表面覆盖有许多花朵， 花朵的直径为100 nm 400 nm。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 本发明方法的包括以下步骤-
(1) 称量钕粉0.01 lg,溶解在20 80 ml氢氟酸和盐酸的混合溶液中；在氢氟酸和 双氧水的混合溶液中，所用氢氟酸质量分数为40%，体积为0.05 10 ml;所用盐酸的质量 分数为38%，体积为0. 01 10 ml,其余液体为高纯水；然后将所述的含钛溶液置于150°C 200 'C下水热反应1小时 40小时；
(2) 反应完毕后，用高纯水冲洗反应产物，直至步骤(1)所得产物的PH值达到7;然 后将所述的步骤(1)所得产物置于50 10(TC的烘箱中烘烤5-24小时，至烘干，便制得花 球状二氧化钛。
至此本发明花球状二氧化钛制备完毕。
图h为本发明之实施例1所制得的花球状Ti02的扫描电镜图2:为本发明之实施例1所制得的花球状Ti02的X射线衍射图谱；
图3:为本发明之实施例5所制得的花球状Ti02的扫描电镜图4:为本发明之实施例5所制得的花球状Ti02的X射线衍射图谱。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
实施例l
称量钛粉0.01克，溶解在40 ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的 混合溶液中，氢氟酸体积为0.05 ml,盐酸体积为0.03 ml，其余液体为高纯水；之后将所 述的含钛溶液置于水热反应釜中在18(TC下反应5小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗 多次，直至PH值达到7左右；然后所述的产物在8(TC的烘箱中烘烤10小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。
图1所示为本实施例制得的花球状Ti02的扫描电镜图，从图中可以看出，花球的直径约 为1500 nm，表面覆盖了许多花朵，花朵的直径约为400 nm;图2所示为本实施例制得的花 球状Ti02的X射线衍射图谱，表明所制得的花球状Ti02具有良好的锐钛矿结构。实施例2
称量钛粉0.01克，溶解在20 ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的 混合溶液中，氢氟酸体积为0.05 ml,盐酸体积为0.01 ml，其余液体为高纯水；之后将所 述的含钛溶液置于水热反应釜中在200'C下反应1小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗 多次，直至PH值达到7左右；然后所述的产物在IOO 'C的烘箱中烘烤5小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例3
称量钛粉0.05克，溶解在30 ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的 混合溶液中，氢氟酸体积为0.3 ml，盐酸体积为0.5 ml，其余液体为高纯水；之后将所述 的含钛溶液置于水热反应釜中在20(TC下反应10小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多 次，直至ra值达到7左右；然后所述的产物在60'C的烘箱中烘烤20小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例4
称量钛粉0.1克，溶解在40ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的混 合溶液中，氢氟酸体积为0.6 ml，盐酸的体积为1 ml，其余液体为高纯水；之后将所述的 含钛溶液置于水热反应釜中在15CTC下反应40小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多次， 直至PH值达到7左右；然后所述的产物在7(TC的烘箱中烘烤15小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例5
称量钛粉0.5克，溶解在60ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的混 合溶液中，氢氟酸体积为3 ml，盐酸体积为2 ml，其余液体为高纯水；之后将所述的含钛 溶液置于水热反应釜中在16(TC下反应30小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多次，直 至PH值达到7左右；然后所述的产物在9(TC的烘箱中烘烤8小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。
图3所示为本实施例制得的花球状Ti02的扫描电镜图，从图中可以看出，花球的直径约 为500 nm，表面覆盖了许多花朵，花朵的直径约为100 150 nm;图4所示为本实施例制得 的花球状Ti02的X射线衍射图谱，表明所制得的花球状Ti02具有良好的锐钛矿结构。 实施例6
称量钛粉1克，溶解在80ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的混合 溶液中，氢氟酸体积为5ml，盐酸体积为10ml，其余液体为高纯水；之后将所述的含钛溶液置于水热反应釜中在20(TC下反应5小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多次，直至 PH值达到7左右；然后所述的产物在50'C的烘箱中烘烤24小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例7
称量钛粉0. 01克，溶解在80 ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的 混合溶液中，氢氟酸的体积为0.2 ml，盐酸体积为3 ml，其余液体为高纯水；之后将所述 的含钛溶液置于水热反应釜中在18(TC下反应8小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多 次，直至PH值达到7左右；然后所述的产物在80'C的烘箱中烘烤10小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例8
称量钛粉1克，溶解在20ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的混合 溶液中，氢氟酸的体积为4 ml，盐酸体积为3 ml，其余液体为高纯水；之后将所述的含钛 溶液置于水热反应釜中在170'C下反应15小时；反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多次，直 至ffl值达到7左右；然后所述的产物在70'C的烘箱中烘烤12小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。 实施例9
称量钛粉0.1克，溶解在30ml的氢氟酸和盐酸的混合溶液中，在氢氟酸和双氧水的混 合溶液中，氢氟酸的体积为0.5 ml，盐酸体积为5 ml，其余液体为高纯水；之后将所述的 含钛溶液置于水热反应釜中在190'C下反应12小时;反应完毕后，将产物用高纯水冲洗多次， 直至PH值达到7左右；然后所述的产物在6(TC的烘箱中烘烤18小时。
本实施例所得到的产物为花球状Ti02。
权利要求
1、一种花球状二氧化钛，其特征在于所述二氧化的其形貌为球状，直径为500nm～1500nm，表面覆盖有花朵，花朵的直径为100nm～400nm。
2、 制备权利要求1所述的花球状二氧化钛的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1) 称量钛粉0.01 lg，溶解在20 80ml氢氟酸和盐酸的混合溶液中；在氢氟酸和 双氧水的混合溶液中，所用氢氟酸质量分数为40%，体积为0.05 10ml;所用盐酸的质量 分数为38%,体积为0. 01 10 ml，其余液体为高纯水；然后将所述的含钛溶液置于150°C 20(TC下水热反应1小时 40小时；(2) 反应完毕后，将产物用高纯水冲洗，直至步骤(i)所得产物的ra值达到7;然后所述的步骤(1)所得产物置于50 10(TC的烘箱烘烤5-24小时，便制得所述的花球状二 氧化钛。
全文摘要
一种花球状二氧化钛，其形貌为球状，直径为500nm～1500nm，表面覆盖有许多花朵，花朵的直径为100nm～400nm。所述的花球状二氧化钛制备方法是以钛为原料，与氢氟酸和盐酸混合，在一定温度下进行水热反应；反应结束后洗涤至pH值达到7左右；然后在烘箱中一定温度烘干。
文档编号C01G23/047GK101654281SQ20091009287
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者敏 刘, 王文静 申请人:中国科学院电工研究所