专利名称：一种二氧化钛溶胶的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种溶胶，尤其是涉及一种二氧化钛溶胶的制备方法。
背景技术：
纳米二氧化钛具有许多独特的性质，因而被广泛地应用于各种技术领域。在光照的情况下，纳米二氧化钛产生强的氧化能力和超亲水性能，可用于空气的净化、污水的处理、太阳能的利用、抗菌、杀毒及自清洁等领域。把二氧化钛制备成薄膜，由于其尺寸细化而具有纳米材料的量子尺寸效应、表面和界面效应等特征而提高了纳米二氧化钛的活性，因而具有很好的实际应用价值。目前，合成纳米TiO2的方法主要是传统的溶胶-凝胶法(sol-gel)、磁控溅射法、化学气相沉积法(CVD)及静电自组装等方法。利用金属醇盐的水 解和缩聚作用的溶胶-凝胶法是一种制备纳米材料的有效方法，已经合成了粒度分布均一的TiO2溶胶和纳米TiO2粉体，但金属醇盐价格昂贵，毒性大，易水解，易燃，不利于大规模生产。而像磁控溅射法、化学气相沉积法(CVD)及静电自组装法则在技术和设备等方面要求高，工艺复杂，投资大。因此，开发一种成本低廉，操作简单，易于大规模生产的TiO2溶胶的制备方法是十分必要的，它更有利于进一步开发纳米TiO2材料，以及TiO2薄膜方面的应用。在公开号为CN 1323743A和公开号为CN 1295977A的中国专利中都提到以钛的无机盐(如TiCl4)为原料制备的二氧化钛溶胶，在溶胶的制备过程中都使用到了如HCl，HNO3等无机酸作为解胶剂，公开号为CN 1323743A的中国专利中解胶的温度控制在(T90°C，解胶的时间为12 60h ;公开号为CN 1295977A的中国专利解胶的温度控制在3(Tl00°C，解胶的时间为(T24h。该专利的改进之处就在于所用的解胶剂为双氧水，解胶的温度也只是控制在常温下，所需时间也很短，只需要一到两个小时，解胶温度和解胶所需时间上的改进都大大有利于工业化生产成本的降低和生产效率的提高。在公开号为CN 101827650A的中国专利中提到了一种稳定且透明的二氧化钛溶胶的制备的方法，但它所述的方法中涉及在特定的a-羟基酸的存在下，才能形成透明且稳定的二氧化钛溶胶。在公开号为CN 101898789A的中国专利中提到一种高储存稳定性的中性二氧化钛及其溶胶的制备方法，所涉及的制备原料采用无机盐、沉淀剂和氧化剂等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化钛溶胶的制备方法，所制备的二氧化钛溶胶浓度较高，稳定性较好且透明，而且成本较低，操作温度低，设备简单，无污染，易于扩大工业
化生产。本发明包括以下步骤I)将无机钛盐加到盐酸中，然后加入去离子水，得混合溶液；2)在步骤I)所制得的混合溶液中加入氨水，生成白色沉淀；3)将步骤2)所得的白色沉淀用去离子水抽滤、洗涤，直至pH值为中性(pH 7)；4)在步骤3)洗涤后的沉淀中加入双氧水和蒸馏水，搅拌解胶，即获得透明的浅黄色二氧化钛溶胶。在步骤I)中，所述无机钛盐、盐酸和去离子水的体积比可为(3 5) : (6 10)(100 200);所述盐酸可采用质量浓度为37%的盐酸。在步骤2)中，所述氨水的加入量与无机钛盐的体积比可为(10 30) (3 5);所述氨水的质量浓度可为25% 28%。在步骤4)中，所述双氧水和蒸馏水的加入量与无机钛盐的体积比可为(5 30)(50 200) (3 5);所述搅拌解胶的时间可为I 2h。本发明提供了一种由四氯化钛制备二氧化钛溶胶的方法，以TiCl4为原料，与碱溶液作用生成沉淀，此沉淀经洗涤后，至PH呈中性，加入去离子水和H2O2溶液，搅拌解胶后得到稳定透明的黄色TiO2溶胶。在本发明的制备方法中采用的碱溶液选择氨水。氨水是一种弱碱，在于与TiCl4·作用生成沉淀时，能够降低生成沉淀的速度，使生成的沉淀粒度小而均匀，更利于下一步的解胶，另外氨水在一定温度下能够分解完全，不会残留其他离子而影响由此溶胶成型后的TiO2材料的性质。最后解胶采用的是H2O2溶液，制备的温度范围为室温。此方法制备的TiO2溶胶透明、稳定，能保持数月不会沉淀，不会凝胶化。由于本发明制备出的二氧化钛为非晶态的，其在煅烧时，TiO2中的Ti-O-H能与玻璃表面的Si-O-H结合的更完善，使TiO2薄膜与基底的结合的更加牢固，并且具有很好的耐磨性能，大大提高了其实际应用价值，从电镜的照片来看热处理后会生长出粒度均一的锐钛矿纳米二氧化钛晶粒。本发明不仅方法简单，而且不需添加其他的任何试剂就能保持长期的稳定与透明。
图I为615°C热处理后的TiO2薄膜的SEM照片。在图I中，标尺为lOOnm。图2为不同温度热处理的二氧化钛的结晶情况。在图2中，横坐标为衍射角2Theta(Degree),纵坐标为衍射强度Intensity (a. u)；曲线a为60°C,曲线b为250°C,曲线c为450°C,曲线 d 为 615°C。
具体实施例方式实施例I将3ml的TiCl4滴加到6ml浓盐酸中，然后加入IOOml的去离子水，再滴加IOml的浓氨水生成白色沉淀，在滴加过程中，一直伴随着磁力搅拌。然后用去离子水多次抽滤、洗涤，直至pH值为中性(pH 7)。之后向此沉淀中加入5ml的双氧水，并加入50ml的蒸馏水，常温下搅拌解胶lh，即获得透明的黄色TiO2溶胶。实施例2将5ml的TiCl4滴加到IOml浓盐酸中，然后加入200ml的去离子水，再滴加30ml的浓氨水生成白色沉淀，在滴加过程中，一直伴随着磁力搅拌。然后用去离子水多次抽滤、洗涤，直至pH值为中性(pH 7)。之后向此沉淀中加入30ml的双氧水，并加入200ml的蒸馏水，常温下搅拌解胶2h，即获得透明的浅黄色TiO2溶胶。实施例3
将3ml的TiCl4滴加到8ml浓盐酸中，然后加入150ml的去离子水，再滴加20ml的浓氨水生成白色沉淀，在滴加过程中，一直伴随着磁力搅拌。然后用去离子水多次抽滤、洗涤，直至pH值为中性(pH 7)。之后向此沉淀中加入15ml的双氧水，并加入IOOml的蒸馏水，常温下搅拌解胶lh，即获得透明的黄色TiO2溶胶。实施例4取实施例3中制备的TiO2溶胶，涂布于若干块预处理干净的普通钠钙硅玻璃上，分别于60°C下烘干lh，于250°C下烘干lh，于450°C下煅烧lh，于615°C下煅烧lh。然后用SEM观察了样品的表面形貌，并用XRD表征其结晶情况。图I给出615°C热处理后的1102薄膜的SEM照片。性能测试I.耐酸、碱性取上述形成了涂膜的样片，分别放入lmol/L的盐酸和lmol/L的 NaOH溶液中，室温浸泡72h。膜层无变化，并且薄膜没有脱落，表明该膜具有良好的化学稳定性。2.晶型用X射线衍射分析测量不同温度(60°C、250°C、45(rC、615°C)热处理条件下的二氧化钛的结晶情况。从图2中可以看出，温度较低时，二氧化钛是非晶态的，随着温度的升高，结晶度越好，且二氧化钛的晶型为锐钛矿。
权利要求
1.一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)将无机钛盐加到盐酸中，然后加入去离子水，得混合溶液； 2)在步骤I)所制得的混合溶液中加入氨水，生成白色沉淀； 3)将步骤2)所得的白色沉淀用去离子水抽滤、洗涤，直至pH值为中性； 4)在步骤3)洗涤后的沉淀中加入双氧水和蒸馏水，搅拌解胶，即获得透明的浅黄色二氧化钛溶胶。
2.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述无机钛盐、盐酸和去离子水的体积比为(3 5) (6 10) (100 200)。
3.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述盐酸采用质量浓度为37%的盐酸。
4.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述氨水的加入量与无机钛盐的体积比为(10 30) (3 5)。
5.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述氨水的质量浓度为25% 28%。
6.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述双氧水和蒸馏水的加入量与无机钛盐的体积比为(5 30) (50 200) (3 5)。
7.如权利要求I所述的一种二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述搅拌解胶的时间为I 2h。
全文摘要
一种二氧化钛溶胶的制备方法，涉及一种溶胶。提供一种二氧化钛溶胶的制备方法，所制备的二氧化钛溶胶浓度较高，稳定性较好且透明，而且成本较低，操作温度低，设备简单，无污染，易于扩大工业化生产。将无机钛盐加到盐酸中，然后加入去离子水，得混合溶液；在混合溶液中加入氨水，生成白色沉淀；将白色沉淀用去离子水抽滤、洗涤，直至pH值为中性(pH≈7)；在洗涤后的沉淀中加入双氧水和蒸馏水，搅拌解胶，即获得透明的浅黄色二氧化钛溶胶。不仅方法简单，而且不需添加其他的任何试剂就能保持长期的稳定与透明。
文档编号C01G23/053GK102786087SQ20121030210
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者周忠华, 沈开波, 阳欢, 黄悦 申请人:厦门大学