本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术：
作为半导体光催化剂之一的tio2光催化材料是目前研究最多的一种新型环境友好材料，光催化剂的性质是光催化氧化过程中的关键因素。tio2的晶型、晶粒大小和粒径、表面态等因素对其光催化性能都有较大影响。表面积大的纳米粒子由于其表面效应和体积效应，决定了它具有很好的催化活性和选择性。纳米tio2由于其量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变的更负，而价带电位变的更正，这意味着其具有更强的氧化和还原能力；又因为纳米粒子的粒径小，光生载流子比粗颗粒更加容易从粒子内部迁移到表面，明显减小了电子与空穴的复合几率，也有利于提高光催化性能。因此，制备比表面积大、粒径小的tio2已成为光催化领域研究的焦点。
随着人们生活水平的提高，环境材料受到人们更多的关注，二氧化钛光催化剂具有氧化活性高、催化性能强、活性稳定、抗湿性好和杀菌能力强等优异性能，在废水降解、消除有害气体、杀菌和净化空气等方面得到了广泛的应用。然而现有的二氧化钛粉的制备方法，如传统的固相反应及烧结法和现代的化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学气相渗透法、溶胶—凝胶法等，这些方法存在工艺复杂、成本高的缺点，所得到的往往是混合晶型且粒度不均，因为金红石型二氧化钛和无定型二氧化钛的光催化降解活性很差。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明提供一种纳米二氧化钛的制备方法，经过钛酸正丁酯水解，并且利用聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠的双重作用，能够形成良好的分散体系，防止二氧化钛的团聚。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入分散剂超声分散至完全溶解，得到钛酸正丁酯分散醇液；
步骤2，将高分子表面活性剂加入至蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解，得到滴加液；
步骤3，将滴加液缓慢滴加至钛酸正丁酯醇液中，密封微热搅拌1-3h，得到悬浊液；
步骤4，将悬浊液放入反应釜中减压蒸馏反应1-3h，冷却后低温过滤得到颗包裹型二氧化钛沉淀；
步骤5，将包裹型二氧化钛沉淀加入乙醇水溶液中超声反应10-20min，然后取出高温烘干，得到纳米二氧化钛。
所述步骤1中钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20-40g/l。
所述步骤1中的分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮，所述分散剂的加入量是钛酸正丁酯质量的30-40％，所述超声分散的超声频率为5-15khz，温度为50-60℃。
所述步骤2中的高分子表面活性剂在蒸馏水中的浓度为90-150g/l，所述高分子表面活性剂采用十二烷基硫酸钠，所述搅拌均匀的搅拌速度为2000-3000r/min。
所述步骤3中的滴加液加入至钛酸正丁酯醇液中的缓慢滴加速度为2-5ml/min，所述密封微热搅拌的温度为70-80℃，压力为0.5-0.8mpa，所述搅拌的速度为1000-2000r/min。
所述步骤4中的减压蒸馏反应的压力为大气压的70-80％，温度为80-90℃，所述减压蒸馏后的体积是钛酸正丁酯醇液体积的20-30％。
所述步骤4中的低温过滤的温度为2-5℃。
所述步骤5中的包裹型二氧化钛在溶液中的浓度为20-40g/l，所述乙醇水溶液的乙醇体积浓度为40-80％。
所述步骤5中的超声反应的超声频率为10-20khz，温度为40-60℃。
所述步骤5中的高温烘干的温度为300-350℃。
步骤1将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，辅以分散剂形成分散体系，并且在超声条件下，形成较为稳定的结构，聚乙烯吡咯烷酮能够溶解在无水乙醇中形成半胶束结构，能够形成稳定的钛酸正丁酯分散体系。
步骤2将高分子表面活性剂能够溶解在蒸馏水中，形成具有良好的分散溶液。
步骤3将滴加液加入至醇液中能够将钛酸正丁酯形成缓慢水解，此时形成低粒径二氧化钛颗粒，并且在高分子表面活性剂的表面附着分散特性和分散剂的包裹特性，能够形成悬浊液；
步骤4采用减压蒸馏的方式将悬浊液中的无水乙醇去除，提升了水解效率，同时存在高分子表面活性剂和分散剂作用，将纳米二氧化钛包裹，解决了二氧化钛团聚问题。
步骤5采用乙醇水溶液进行超声分散，能够利用蒸馏水将高分子表面活性剂溶解，达到去除的目的，同时分散剂和表面活性剂的分散作用，不仅不会形成团聚，而且能够将二氧化钛分散悬浊；最后在高温烘干条件下，将二氧化钛的晶型转化为锐钛型；采用乙醇水溶液能够充分利用乙醇良好的成膜性，提升整体的胶体性能，形成不同体系的分散效果，有效的解决了团聚问题，同时也解决纯水体系中的团聚问题，大大提升粒径的稳定性。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明经过钛酸正丁酯水解，并且利用聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠的双重作用，能够形成良好的分散体系，防止二氧化钛的团聚。
2.本发明制备的光催化材料具有良好的光催化稳定性均在98％以上，光催化去除率为90％以上。
3.本发明制备的二氧化钛无气味，中性，稳定性好。本发明与现有技术比较具有工艺简单、成本低和产品纯度高的显著优点。
4.本发明以聚乙烯吡咯烷酮作为包裹剂，能够有效控制纳米二氧化钛的粒径，同时以十二烷基硫酸钠作为表面作用剂，能够防止在包裹剂去除时产生的团聚问题。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入分散剂超声分散至完全溶解，得到钛酸正丁酯分散醇液；
步骤2，将高分子表面活性剂加入至蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解，得到滴加液；
步骤3，将滴加液缓慢滴加至钛酸正丁酯醇液中，密封微热搅拌1h，得到悬浊液；
步骤4，将悬浊液放入反应釜中减压蒸馏反应1h，冷却后低温过滤得到颗包裹型二氧化钛沉淀；
步骤5，将包裹型二氧化钛沉淀加入乙醇水溶液中超声反应10min，然后取出高温烘干，得到纳米二氧化钛。
所述步骤1中钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20g/l。
所述步骤1中的分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮，所述分散剂的加入量是钛酸正丁酯质量的30％，所述超声分散的超声频率为5khz，温度为50℃。
所述步骤2中的高分子表面活性剂在蒸馏水中的浓度为90g/l，所述高分子表面活性剂采用十二烷基硫酸钠，所述搅拌均匀的搅拌速度为2000r/min。
所述步骤3中的滴加液加入至钛酸正丁酯醇液中的缓慢滴加速度为2ml/min，所述密封微热搅拌的温度为70℃，压力为0.5mpa，所述搅拌的速度为1000r/min。
所述步骤4中的减压蒸馏反应的压力为大气压的70％，温度为80℃，所述减压蒸馏后的体积是钛酸正丁酯醇液体积的20％。
所述步骤4中的低温过滤的温度为2℃。
所述步骤5中的包裹型二氧化钛在溶液中的浓度为20g/l，所述乙醇水溶液的乙醇体积浓度为40％。
所述步骤5中的超声反应的超声频率为10khz，温度为40℃。
所述步骤5中的高温烘干的温度为300℃。
所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好，粒径为800nm左右。
实施例2
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入分散剂超声分散至完全溶解，得到钛酸正丁酯分散醇液；
步骤2，将高分子表面活性剂加入至蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解，得到滴加液；
步骤3，将滴加液缓慢滴加至钛酸正丁酯醇液中，密封微热搅拌3h，得到悬浊液；
步骤4，将悬浊液放入反应釜中减压蒸馏反应3h，冷却后低温过滤得到颗包裹型二氧化钛沉淀；
步骤5，将包裹型二氧化钛沉淀加入乙醇水溶液中超声反应20min，然后取出高温烘干，得到纳米二氧化钛。
所述步骤1中钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为40g/l。
所述步骤1中的分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮，所述分散剂的加入量是钛酸正丁酯质量的40％，所述超声分散的超声频率为15khz，温度为60℃。
所述步骤2中的高分子表面活性剂在蒸馏水中的浓度为150g/l，所述高分子表面活性剂采用十二烷基硫酸钠，所述搅拌均匀的搅拌速度为3000r/min。
所述步骤3中的滴加液加入至钛酸正丁酯醇液中的缓慢滴加速度为5ml/min，所述密封微热搅拌的温度为80℃，压力为0.8mpa，所述搅拌的速度为2000r/min。
所述步骤4中的减压蒸馏反应的压力为大气压的80％，温度为90℃，所述减压蒸馏后的体积是钛酸正丁酯醇液体积的30％。
所述步骤4中的低温过滤的温度为5℃。
所述步骤5中的包裹型二氧化钛在溶液中的浓度为40g/l，所述乙醇水溶液的乙醇体积浓度为80％。
所述步骤5中的超声反应的超声频率为20khz，温度为60℃。
所述步骤5中的高温烘干的温度为350℃。
所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好，粒径为500nm左右。
实施例3
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入分散剂超声分散至完全溶解，得到钛酸正丁酯分散醇液；
步骤2，将高分子表面活性剂加入至蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解，得到滴加液；
步骤3，将滴加液缓慢滴加至钛酸正丁酯醇液中，密封微热搅拌2h，得到悬浊液；
步骤4，将悬浊液放入反应釜中减压蒸馏反应2h，冷却后低温过滤得到颗包裹型二氧化钛沉淀；
步骤5，将包裹型二氧化钛沉淀加入乙醇水溶液中超声反应15min，然后取出高温烘干，得到纳米二氧化钛。
所述步骤1中钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为30g/l。
所述步骤1中的分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮，所述分散剂的加入量是钛酸正丁酯质量的30-40％，所述超声分散的超声频率为10khz，温度为55℃。
所述步骤2中的高分子表面活性剂在蒸馏水中的浓度为120g/l，所述搅拌均匀的搅拌速度为2500r/min。
所述步骤3中的滴加液加入至钛酸正丁酯醇液中的缓慢滴加速度为4ml/min，所述密封微热搅拌的温度为75℃，压力为0.6mpa，所述搅拌的速度为1500r/min。
所述步骤4中的减压蒸馏反应的压力为大气压的75％，温度为85℃，所述减压蒸馏后的体积是钛酸正丁酯醇液体积的25％。
所述步骤4中的低温过滤的温度为4℃。
所述步骤5中的包裹型二氧化钛在溶液中的浓度为30g/l，所述乙醇水溶液的乙醇体积浓度为60％。
所述步骤5中的超声反应的超声频率为15khz，温度为50℃。
所述步骤5中的高温烘干的温度为330℃。
所得二氧化钛呈白色，晶型为锐钛型，无气味，中性，稳定性好，粒径为150nm左右。
性能测试
以gb/t23762-2009(光催化材料水溶液体系净化测试方法)作为光催化材料的性能检测方法，以p25作为对比例，其对比性能测试如下：
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明经过钛酸正丁酯水解，并且利用聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠的双重作用，能够形成良好的分散体系，防止二氧化钛的团聚。
2.本发明制备的光催化材料具有良好的光催化稳定性均在98％以上，光催化去除率为90％以上。
3.本发明制备的二氧化钛无气味，中性，稳定性好。本发明与现有技术比较具有工艺简单、成本低和产品纯度高的显著优点。
4.本发明以聚乙烯吡咯烷酮作为包裹剂，能够有效控制纳米二氧化钛的粒径，同时以十二烷基硫酸钠作为表面作用剂，能够防止在包裹剂去除时产生的团聚问题。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。