专利名称：一种高储存稳定性的中性二氧化钛溶胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可在一定基体上形成薄膜的、以锐钛矿型二氧化钛为主，具有中 性、光催化活性和亲水性、高储存稳定性的二氧化钛溶胶及其制备方法。
背景技术：
纳米TiO2有金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，金红石和锐钛矿属四方晶系，板钛 矿属正交晶系。一般的板钛矿在650°C转变为锐钛矿，锐钛矿915°C转变为金红石。结构转 变温度与TiO2颗粒大小、含杂质及其制备方法有关。颗粒愈小，转变温度愈低，锐钛型纳米 TiO2向金红石型转变的温度为600°C或低于此温度。纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎 不与其它化合物反应，不溶于水、稀酸，微溶于碱和热硝酸，不与空气中C02、SO2, O2等反应， 具有生物惰性。纳米TiO2具有热稳定性，无毒性。由于纳米TiO2的粒径小，表面分子比例高，比表面积、表面能及表面结合力大、表 面活性中心多、催化效率高，且纳米TiO2对环境无二次污染，在污水净化、抗菌杀菌等方面 具有十分广阔的应用前景。现已发现纳米TiO2能处理80多种有毒化合物，包括工业有毒溶 剂、化学杀虫剂、防腐剂、染料及油污等；纳米TiO2对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄糖菌、 沙门氏菌、芽枝菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力。TiO2作为光催化剂的应用形式主要有 两种一是悬浮液，如Ti02、Ti02/Si02、Ti02/Zn02、Ti02/Pt等悬浮液等；二是固定态，如TiO2 负载于沙子、水泥、玻璃纤维、木屑等，纳米TiO2偶联于硅铝空心球、陶瓷颗粒、陶瓷空心球 或实心球，空心玻璃球负载于TiO2薄膜，TiO2和CMC-Na混合负载于玻璃等。二氧化钛优异的性能以及良好的应用前景引起了人们广泛的关注。起初，国内外 主要研究以无机盐钛为前驱体制备的二氧化钛，产物大部分是以固体粉末形式存在，如朱 永法等利用TiCI4的乙醇溶液作为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备了 TiO2纳米粉体，其晶型 是锐钛矿型，并有一定的光催化活性。李燕等使用自制高压容器，通过水热法，以无水TiCl4 和浓盐酸为原料制备了纳米级金红石型TiO2超细粉。目前，二氧化钛溶胶的制备已成为研 究的热点，如艾智慧等人以钛酸四丁酯为前驱体采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2溶胶， 并以活性艳红(X-3B)模拟有机废水进行了光催化脱色实验，实验结果表明，二氧化钛有一 定的光催化活性，但是其呈酸性，保存数日有团聚现象，而且酸性溶胶易腐蚀涂覆的基体材 料，使其应用受到很大的限制。针对二氧化钛溶胶多呈酸性，常温下放置数小时或数日就会 凝胶，不易保存等问题，本发明提供了一种可在一定基体上形成薄膜的、具有中性、光催化 活性和亲水性、高储存稳定性的二氧化钛溶胶其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于针对二氧化钛的水溶胶呈酸性，储存时间短，易腐蚀涂覆基体 材料等问题，提供可在一定基体上形成薄膜的、以锐钛矿型二氧化钛为主，具有中性、光催 化活性和亲水性、高储存稳定性的二氧化钛溶胶的制备方法。其制备方法包括如下步骤
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(1)取一定量的无机钛盐在冰水浴的环境下用注射器注入蒸馏水中，搅拌5-10小 时让其充分水解(起初是混浊的溶液，当该溶液变成澄清微蓝透明即可)。(2)逐滴加入沉淀剂于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之沉淀完全后陈化 12-24h。(3)将得到沉淀物过滤，并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液检验无 沉淀现象)。(4)用一定量蒸馏水稀释上述沉淀物，再加入氧化剂，并搅拌。低温放置12-24小 时，使过量氧化剂充分反应，得到黄色粘性液体。(5)将该粘性液体在70-100°C下加热和搅拌2-8小时，即可得到浅黄色半透明分 散液即二氧化钛中性溶胶。本发明的特点(1)本发明的锐钛矿型溶胶，所含的锐钛矿纳米粒子，表面经氧化剂处理过，使其 纳米粒子间有静电排斥作用，从而分散型较好，可以长久稳定存在。(2)本发明的锐钛矿型溶胶，由于其纳米粒子粒径在20nm以下，如果粒径大于 50nm时，其粒子的重力作用效果很明显，易于沉降。此锐钛矿型分散液酸碱度为中性，可利 用在易受酸腐蚀的金属或建材等材料上使用。而且，能在低温下形成的二氧化钛膜致密性 较好。
图1 为图2为图3为图4为
具体实施例方式实施例1取6ml四氯化钛在冰水浴的环境下用6ml注射器注入500ml去离子水中，搅拌4 小时让其充分水解。然后，逐滴加入40ml浓氨水于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之沉 淀完全后陈化12h。将得到沉淀物过滤，并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液检 验无沉淀现象)。用60ml去离子水稀释上述沉淀物，再加入5ml双氧水，并搅拌。常温下放 置12小时，使过量双氧水充分分解，得到黄色粘性液体。将粘性液体在80°C下加热和搅拌 8小时，即可得到浅黄色半透明分散液即二氧化钛中性溶胶。实施例2取6ml硫酸氧钛在冰水浴的环境下用6ml注射器注入500ml去离子水中，搅拌4 小时让其充分水解。然后，逐滴加入40ml浓氨水于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之沉 淀完全后陈化12h。将得到沉淀物过滤，并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液检 验无沉淀现象)。用60ml去离子水稀释上述沉淀物，再加入5ml双氧水，并搅拌。常温下放 置12小时，使过量双氧水充分分解，得到黄色粘性液体。将粘性液体在80°C下加热和搅拌 8小时，即可得到浅黄色半透明分散液，即二氧化钛中性溶胶。
二氧化钛的XRD图。 二氧化钛的TEM图。 二氧化钛的对亚甲基蓝的降解率。 二氧化钛的接触角图。
实施例3取IOml四氯化钛，在冰水浴的环境下用6ml注射器注入IOOOml去离子水中，搅拌 4小时让其充分水解。然后，逐滴加入80ml浓氨水于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之 沉淀完全后陈化12h。将得到沉淀物过滤，并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液 检验无沉淀现象)。用120ml去离子水稀释上述沉淀物，再加入IOml双氧水，并搅拌。常温 下放置12小时，使过量双氧水充分分解，得到黄色粘性液体。将粘性液体在80°C下加热和 搅拌8小时，即可得到浅黄色半透明分散液，即二氧化钛中性溶胶。实施例4取IOml硫酸氧钛，在冰水浴的环境下用6ml注射器注入IOOOml去离子水中，搅拌 4小时让其充分水解。然后，逐滴加入80ml浓氨水于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之 沉淀完全后陈化12h。将得到沉淀物过滤，并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液 检验无沉淀现象)。用120ml去离子水稀释上述沉淀物，再加入IOml双氧水，并搅拌。常温 下放置12小时，使过量双氧水充分分解，得到黄色粘性液体。将粘性液体在80°C下加热和 搅拌8小时，即可得到浅黄色半透明分散液，即二氧化钛中性溶胶。
权利要求
可在一定基体上形成薄膜的、以锐钛矿型二氧化钛为主，具有中性、光催化活性和亲水性、高储存稳定性的二氧化钛溶胶，采用无机钛盐、沉淀剂、氧化剂和蒸馏水为原料，经过水解、沉淀、陈化、洗涤和氧化工艺制得。其制备方法包括如下步骤(1)取一定量的无机钛盐在冰水浴的环境下用注射器注入蒸馏水中，搅拌5 10小时让其充分水解(起初是混浊的溶液，当该溶液变成澄清微蓝透明即可)。(2)逐滴加入沉淀剂于上述溶液中，产生大量沉淀，搅拌使之沉淀完全后陈化12 24h。(3)将得到沉淀物过滤并用蒸馏水反复清洗除去氯离子(用硝酸银溶液检验无沉淀现象)。(4)用一定量蒸馏水稀释上述沉淀物，再加入氧化剂，并搅拌。低温放置12 24小时，使过量氧化剂充分反应，得到黄色粘性液体。(5)将该粘性液体在70 100℃下加热和搅拌2 8小时，即可得到浅黄色半透明分散液即二氧化钛中性溶胶。
2.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有中 性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，所制备的溶胶中的二氧 化钛以锐钛矿型为主。
3.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有中 性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，所制备的溶胶为中性，PH 值为6. 5-7. 5 ；且室温下可以密闭稳定储存而不发生凝胶。
4.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有中 性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，所制备的溶胶成膜后具 有良好的光催化活性和亲水性。
5.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有中 性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，采用的无机钛盐可以是 硫酸氧钛、四氯化钛等无机钛盐。
6.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有中 性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，采用的沉淀剂为氨水或 其他碱性介质。
7.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、中性 的、具有光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，采用的氧化剂为氧 化铁、高锰酸钾、双氧水、次氯酸等氧化剂。
8.按权利要求1所述的可在一定基体上形成薄膜的以锐钛矿型二氧化钛为主、具有 中性、光催化活性和亲水性、储存稳定的二氧化钛溶胶，其特征在于，加热搅拌的温度为 70-100°C。
全文摘要
本发明涉及一种可在一定基体上形成薄膜的、具有中性、光催化活性和亲水性、高储存稳定性的二氧化钛溶胶及其制备方法。制备原料包括无机钛盐、沉淀剂、氧化剂和蒸馏水，制备方法是将无机钛盐加入到蒸馏水中，然后加入沉淀剂、陈化，再经过洗涤除去氯离子，最后加入氧化剂，加热搅拌即得到成品。所制备的锐钛矿型二氧化钛溶胶呈中性，常温下能长期储存稳定；本发明制备工艺简单，周期短，便于工业化生产。
文档编号C01G23/053GK101898789SQ20091014339
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者余黎, 吴涛, 张以河, 柯少剑 申请人:张以河;吴涛;余黎;柯少剑