高分散性TiO₂纳米晶溶胶的快速制备方法

专利名称：高分散性TiO₂纳米晶溶胶的快速制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高分散性T^2纳米晶溶胶的快速制备方法，属低温制备半导体纳 米材料领域。该制备工艺过程简单、快速，能耗低，制备的TiO2纳米晶溶胶分散性好，光催 化活性高。
背景技术：
TiO2是一种重要的半导体光催化材料，其具有较高的光催化活性和耐酸碱及光化 学腐蚀，成本低，无毒性等优点，在空气净化，污水处理等方面有着广泛和潜在的应用。通常 纳米TiO2的制备方法分为气相法和液相法。其中气相法由于能耗大，成本高以及工艺复杂 等原因导致使用范围较小，而液相法则由于其能耗较小，成本相对较低，所需设备较为简单 等优点，得到了广泛的应用。液相法中最常用到的是水解法，溶胶-凝法，化学沉淀法，水热 法等方法，这些方法大都需要高温煅烧来促进其晶化，导致颗粒团聚严重。而利用水热或溶 剂热制备半导体纳米晶，能得到分散性较好的纳米晶溶胶，但该方法需要时间较长。目前使 用微波加热可以大大缩短半导体纳米晶的制备时间，且微波加热具有加热均勻、有选择性、 不存在温度梯度、清洁、以及对许多反应体系具有加速化学反应的效果等优点。中国专利 CN1287099A介绍了一种微波加热钛溶液制备纳米TiO2的方法，该方法用微波加热钛溶液使 其水解，沉淀物经分离，洗涤，干燥，煅烧得到球形的纳米TiO2,该方法的不足是虽然微波加 快了水解过程，但所得产物最终需要高温煅烧处理以促进其结晶。中国专利CN1010M203A 介绍了一种无机非金属材料的无团聚纳米的制备方法，以TiCl4为钛源，用无机酸或无机 盐稀释，通过微波加热得到纳米级T^2乳液，再同羧酸共沸蒸馏脱除水和有机酸得到纳米 级的TiO2,该方法使用羧酸的作用是维持颗粒间的静电斥力，防止团聚以提高分散性。中国 专利CN101468812A则通过将纳米TW2颗粒和碱金属化合物，有机溶剂及表面活性剂相接 触，通过微波加热制备棒状结构的T^2纳米晶，但是该方法需要加入表面活性剂才能提高 产品的分散性。可见如何在低温条件下，获得高分散性的半导体纳米晶溶胶仍是值得研究 的课题。本发明采用微波辅助溶剂热的方法，在低温、短时间内制备出了中性的T^2纳米 晶溶胶，产品分散性好，粒径分布窄，且制备过程无需添加表面活性剂，获得的纳米晶溶胶 体现了良好的光催化性能。

发明内容
本发明提供一种以无机钛盐为钛源，经络合，回流以及微波辅助溶剂热过程制备 TiO2纳米晶溶胶的过程。通过调节微波辅助溶剂热过程的温度、反应时间和反应溶剂等条 件来控制颗粒的大小及形状。反应原料成本低，工艺简单易操作。制备的产物为高分散的 中性纳米晶溶胶，可广泛应用于光催化领域。本发明为一种以自制过氧钛酸溶胶为前驱体，通过微波辅助溶剂热制备中性TiO2 纳米晶溶胶方法，其采用如下技术方案
以无机钛盐为钛源，溶于相应溶剂配置成一定浓度的溶液，加碱液调节pH=7. 5-8. 5，并
3生成沉淀，将沉淀洗涤、以H2A络合回流解胶得到过氧钛酸溶胶，将上述过氧钛酸溶胶移入 到微波制样系统的密闭高温反应釜中，在一定功率和温度下，晶化一定时间，最终制得TW2 纳米晶溶胶。用于配置钛盐溶液的无机钛盐为硫酸氧钛、硫酸钛中的一种；所用的溶剂是去离 子水、乙醇、丙醇、丁醇中的一种，或者两者混合；配制的无机钛盐溶液浓度为0. 1 0. 4M， 其典型值为0. 1M。微波辅助溶剂热晶化过程如下将过氧钛酸溶胶转移到微波制样系统的密闭高温 反应釜中，微波功率为600-1000W ；反应温度为120 180°C ；晶化时间为15 60分钟。将制备的TiO2纳米晶溶胶旋蒸得到粉末，装入自制光催化装置中，通过光催化降 解亚甲基蓝或者活性艳红对制备的TW2纳米晶光催化性能进行考察。本发明的优点及效果是
(1)本发明方法制备的TiA纳米晶溶胶有较高的分散性，Zeta电位在50 70mV之间， 溶胶均一稳定，晶化程度高。(2)本发明方法是制备TW2纳米晶溶胶的快速制备的工艺过程，与传统溶剂热工 艺相比，时间从十几个小时缩短到了十几分钟，反应过程能耗低，操作简单易控制。(3)本发明方法制备的TiA纳米晶溶胶通过X-射线衍射仪分析其为纯锐钛矿相， 利用电子透镜观察形貌为棒状、球形和立方型结构，粒径分布较窄，在25-30nm之间。(4)本发明方法制备TiO2纳米晶溶胶的过程中未引入表面活性剂，且制备的溶胶 PH为中性，有利于环保，在光催化等领域有广阔的应用前景。(5)所制得溶胶具有较高的光催化活性，对阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料活 性艳红的降解率在120min内均可达到90%以上。


图1为160°C下微波水热30min制备的溶胶样品。图2为160°C下微波水热30min制备溶胶的TEM图。图3为160°C下微波水热30min制备溶胶的XRD图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行详细说明 实施例一具体步骤如下
A.配置0. IM的Ti (SO4)2的水溶液。B.加氨水调节溶液的pH值为7. 5-8. 5，并生成沉淀，将沉淀洗涤、以H2A络合回 流解胶得到过氧钛酸溶胶。C.将上述过氧钛酸溶胶移入到微波制样系统的密闭高温反应釜中，在800W功率 和160°C的温度下，晶化30min，制得TW2纳米晶溶胶
D.用自制的光催化装置进行催化降解亚甲基蓝。实施例二 本实施例与实施例一基本相同，所不同的是所用的溶剂是乙醇。实施例三本实施例与实施例一基本相同，所不同的是所用的溶剂是丙醇。实施例四本实施例与实施例一基本相同，所不同的是所用的溶剂是丁醇。
实施例五本实施例与实施例一基本相同，所不同的是所用的溶剂是水乙醇 =1:1。
根据图1、2，可以看出溶胶没有聚沉，可以稳定存在，在水中的分散性能很好。通过图3 的XRD图可知，制得的溶胶为纯锐钛矿相溶胶，且溶胶的结晶性较好。
权利要求
1.一种高分散性TW2纳米晶溶胶的快速制备方法，其特征在于该方法具有以下过程 以无机钛盐为钛源，溶于相应溶剂配置成一定浓度的溶液，加碱液调节pH=7. 5 8. 5，并生成沉淀，将沉淀洗涤、以H2A络合回流解胶得到过氧钛酸溶胶，将上述过氧钛酸溶胶 移入到微波制样系统的密闭高温反应釜中，在一定功率和温度下，晶化一定时间，最终制得 TiO2纳米晶溶胶。
2.如权利1所述的高分散性TiO2纳米晶溶胶的快速制备方法，其特征在于用于配置钛 盐溶液的无机钛盐为硫酸氧钛、硫酸钛中的一种；所用的溶剂是去离子水、乙醇、丙醇、丁醇 中的一种，或者两者混合；配制的无机钛盐溶液浓度为0. 1 0. 4M，其典型值为0. 1M。
3.如权利1所述的高分散性T^2纳米晶溶胶的快速制备方法，其特征在于，微波功率 为600 1000W ；反应温度为120 180°C ；晶化时间为15 60分钟。
全文摘要
本发明涉及具有高分散性的TiO2纳米晶溶胶的快速制备方法，属于半导体纳米晶的制备技术领域。本发明以无机钛盐为钛源，溶于相应溶剂配置成一定浓度的溶液，加碱液调节pH=7.5～8.5，并生成沉淀，将沉淀洗涤、以H2O2络合回流解胶得到过氧钛酸溶胶，将上述过氧钛酸溶胶移入到微波制样系统的密闭高温反应釜中，在一定功率和温度下，晶化一定时间，最终制得TiO2纳米晶溶胶。该方法结合了溶剂热和微波两种方法的优势，所得溶胶的zeta电位在50～70mV之间，具有较高的分散性，且制备过程中没有引入表面活性剂，无需高温煅烧，所制得溶胶在光催化领域有广泛的应用前景。
文档编号C01G23/053GK102101697SQ201110000380
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者方建慧, 施利毅, 李薇薇, 袁帅, 赵尹 申请人:上海大学