本发明属于纳米材料
技术领域：
，具体涉及一种二氧化钛的制备方法。
背景技术：
：目前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，同时二氧化钛粒径变化很大，光催化性能不稳定。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，通过聚乙烯吡咯烷酮和甲基纤维素的双分散包裹体系完成钛酸正丁酯转化为纳米二氧化钛的控制，不仅能够控制纳米二氧化钛的粒径，同时降低了反应难度。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超声分散20-40min，得到钛醇液；步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮加入至钛醇液中搅拌至完全溶解，然后密封超声反应1-3h，得到钛醇分散液；步骤3，将甲基纤维素加入至水中恒温搅拌至完全溶解，得到分散水溶液；步骤4，将分散水溶液缓慢滴加至钛醇分散液中超声反应2-4h，得到混合微浊液；步骤5，将混合微浊液加入至反应釜中恒温搅拌至凝胶化，然后趁热过滤并采用无水乙醇恒温洗涤，得到凝胶；步骤6，将凝胶放入乙醇水溶液中进行超声反应1-3h，过滤后紫外光激活得到纳米二氧化钛。所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20-50g/l。所述步骤1中的超声分散的超声频率为20-30khz，温度为40-60℃。所述步骤2中的聚乙烯吡咯烷酮的加入量是钛酸正丁酯质量的70-80％，所述搅拌至完全溶解的搅拌速度为1000-2000r/min。所述步骤2中的密封超声反应的温度为50-60℃，超声频率为25-35khz。所述步骤3中的甲基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的60-70％，所述甲基纤维素在水中的浓度为30-70g/l，所述恒温搅拌的搅拌速度为2000-3000r/min，温度为40-45℃。所述步骤4中的缓慢滴加的滴加速度为2-5ml/min，所述超声反应的超声频率为20-25khz。所述步骤5中的恒温搅拌的温度为70-75℃，搅拌速度为1500-2500r/min，所述趁热过滤的温度为65-75℃，所述恒温洗涤的温度为60-70℃。所述步骤6中的乙醇水溶液的乙醇体积浓度为60-70％，所述凝胶在乙醇水溶液中的浓度为20-30g/l，所述超声反应的超声频率为40-90khz，温度为30-40℃。所述步骤6中的紫外光激活的紫外光强度为1.5-4.5mw/cm2。步骤1采用超声的方式将钛酸正丁酯溶解在无水乙醇中，形成钛醇液，并且超声的离合能能够快速振动无水乙醇，达到快速分散的效果，同时防止其钛酸正丁酯因溶解缓慢而沉积在底部。步骤2将聚乙烯吡咯烷酮加入至无水乙醇中，能够快速溶解至无水乙醇中形成分散醇体系，且能够形成稳定的微稠溶液，钛酸正丁酯与聚乙烯吡咯烷酮反应，能够在钛酸表面形成稳定的聚乙烯吡咯烷酮包覆结构，不仅提升了钛酸的分散体系，而且包覆效果能够防止钛酸的快速水解，降低水解速度。步骤3将甲基纤维素放入水中进行恒温搅拌，利用略微加热的方式来提升甲基纤维素的溶解效果，并且利用甲基纤维素的分散特性与微稠性，能够形成具有分散效果的水溶液。步骤4将分散水溶液缓慢滴加至钛醇分散液中并且进行超声反应，在该反应体系内，超声反应能够将钛酸表面的聚乙烯吡咯烷酮包裹壳破裂，水分子与钛酸形成水解反应得到纳米二氧化钛粒子，形成的裸露纳米二氧化钛粒子在甲基纤维素与聚乙烯吡咯烷酮的双分散分子作用下，表面形成包裹结构的分散体系，保证了纳米粒子的良好分散性，防止纳米粒子的团聚；聚乙烯吡咯烷酮在水中和无水乙醇中均具有良好的溶解性，能够保证钛酸粒子在水中的稳定性，能够控制水解反应的进行，超声反应条件破坏聚乙烯吡咯烷酮的包裹体系，能够形成钛酸依次水解的流程，达到控制水解的目的。步骤5将混合微浊液在反应釜内恒温搅拌，通过搅拌过程中的加热能够将甲基纤维素转化为凝胶，且将纳米二氧化钛形成分散固化结构，而聚乙烯吡咯烷酮能够转化为乙醇溶解；搅拌范式能够将凝胶不断碎化，将固化的聚乙烯吡咯烷酮不断溶解在乙醇中，降低凝胶内的聚乙烯吡咯烷酮；趁热过滤过程中将纳米二氧化钛与凝胶截留，去除含有聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶液，得到的沉淀主要以纳米二氧化钛和甲基纤维素凝胶为主，为解决了聚乙烯吡咯烷酮杂质，采用无水乙醇进行恒温洗涤，不仅能够将水和聚乙烯吡咯烷酮溶解在水中，同时能够保证甲基纤维素保持凝胶状态，最后得到含有纳米二氧化钛的凝胶。步骤6将凝胶放入乙醇水溶液中，甲基纤维素重新溶解形成分散体系，此时纳米二氧化钛表面带有甲基纤维素包裹，达到分散体系；超声反应将甲基纤维素的包裹破坏，且离合能作用下形成表面钝化，降低自团聚；过滤后采用紫外光激活处理，利用纳米二氧化钛在紫外光下的可响应特性将纳米二氧化钛的激活，提升纳米二氧化钛的光催化活性。从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：1.本发明通过聚乙烯吡咯烷酮和甲基纤维素的双分散包裹体系完成钛酸正丁酯转化为纳米二氧化钛的控制，不仅能够控制纳米二氧化钛的粒径，同时降低了反应难度。2.本发明以控制水解为主要手段，同时降低了化合物之间的化学反应，提升了聚乙烯吡咯烷酮和甲基纤维素的回收利用可能性，降低环境污染和环保处理压力。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。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超声分散20min，得到钛醇液；步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮加入至钛醇液中搅拌至完全溶解，然后密封超声反应1h，得到钛醇分散液；步骤3，将甲基纤维素加入至水中恒温搅拌至完全溶解，得到分散水溶液；步骤4，将分散水溶液缓慢滴加至钛醇分散液中超声反应2h，得到混合微浊液；步骤5，将混合微浊液加入至反应釜中恒温搅拌至凝胶化，然后趁热过滤并采用无水乙醇恒温洗涤，得到凝胶；步骤6，将凝胶放入乙醇水溶液中进行超声反应1h，过滤后紫外光激活得到纳米二氧化钛。所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为20g/l。所述步骤1中的超声分散的超声频率为20khz，温度为40℃。所述步骤2中的聚乙烯吡咯烷酮的加入量是钛酸正丁酯质量的70％，所述搅拌至完全溶解的搅拌速度为1000r/min。所述步骤2中的密封超声反应的温度为50℃，超声频率为25khz。所述步骤3中的甲基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的60％，所述甲基纤维素在水中的浓度为30g/l，所述恒温搅拌的搅拌速度为2000r/min，温度为40℃。所述步骤4中的缓慢滴加的滴加速度为2ml/min，所述超声反应的超声频率为20khz。所述步骤5中的恒温搅拌的温度为70℃，搅拌速度为1500r/min，所述趁热过滤的温度为65℃，所述恒温洗涤的温度为60℃。所述步骤6中的乙醇水溶液的乙醇体积浓度为60％，所述凝胶在乙醇水溶液中的浓度为20g/l，所述超声反应的超声频率为40khz，温度为30℃。所述步骤6中的紫外光激活的紫外光强度为1.5mw/cm2。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超声分散40min，得到钛醇液；步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮加入至钛醇液中搅拌至完全溶解，然后密封超声反应3h，得到钛醇分散液；步骤3，将甲基纤维素加入至水中恒温搅拌至完全溶解，得到分散水溶液；步骤4，将分散水溶液缓慢滴加至钛醇分散液中超声反应4h，得到混合微浊液；步骤5，将混合微浊液加入至反应釜中恒温搅拌至凝胶化，然后趁热过滤并采用无水乙醇恒温洗涤，得到凝胶；步骤6，将凝胶放入乙醇水溶液中进行超声反应3h，过滤后紫外光激活得到纳米二氧化钛。所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为50g/l。所述步骤1中的超声分散的超声频率为30khz，温度为60℃。所述步骤2中的聚乙烯吡咯烷酮的加入量是钛酸正丁酯质量的80％，所述搅拌至完全溶解的搅拌速度为2000r/min。所述步骤2中的密封超声反应的温度为60℃，超声频率为35khz。所述步骤3中的甲基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的70％，所述甲基纤维素在水中的浓度为70g/l，所述恒温搅拌的搅拌速度为3000r/min，温度为45℃。所述步骤4中的缓慢滴加的滴加速度为5ml/min，所述超声反应的超声频率为25khz。所述步骤5中的恒温搅拌的温度为75℃，搅拌速度为2500r/min，所述趁热过滤的温度为75℃，所述恒温洗涤的温度为70℃。所述步骤6中的乙醇水溶液的乙醇体积浓度为70％，所述凝胶在乙醇水溶液中的浓度为30g/l，所述超声反应的超声频率为90khz，温度为40℃。所述步骤6中的紫外光激活的紫外光强度为4.5mw/cm2。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超声分散30min，得到钛醇液；步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮加入至钛醇液中搅拌至完全溶解，然后密封超声反应2h，得到钛醇分散液；步骤3，将甲基纤维素加入至水中恒温搅拌至完全溶解，得到分散水溶液；步骤4，将分散水溶液缓慢滴加至钛醇分散液中超声反应3h，得到混合微浊液；步骤5，将混合微浊液加入至反应釜中恒温搅拌至凝胶化，然后趁热过滤并采用无水乙醇恒温洗涤，得到凝胶；步骤6，将凝胶放入乙醇水溶液中进行超声反应2h，过滤后紫外光激活得到纳米二氧化钛。所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为35g/l。所述步骤1中的超声分散的超声频率为25khz，温度为50℃。所述步骤2中的聚乙烯吡咯烷酮的加入量是钛酸正丁酯质量的75％，所述搅拌至完全溶解的搅拌速度为1500r/min。所述步骤2中的密封超声反应的温度为55℃，超声频率为30khz。所述步骤3中的甲基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的65％，所述甲基纤维素在水中的浓度为50g/l，所述恒温搅拌的搅拌速度为2500r/min，温度为43℃。所述步骤4中的缓慢滴加的滴加速度为3ml/min，所述超声反应的超声频率为23khz。所述步骤5中的恒温搅拌的温度为73℃，搅拌速度为2000r/min，所述趁热过滤的温度为70℃，所述恒温洗涤的温度为65℃。所述步骤6中的乙醇水溶液的乙醇体积浓度为65％，所述凝胶在乙醇水溶液中的浓度为25g/l，所述超声反应的超声频率为70khz，温度为35℃。所述步骤6中的紫外光激活的紫外光强度为3.5mw/cm2。性能检测实施例1实施例2实施例3对比例粒径200nm300nm210nm700nm粒径集中比例90％92％95％79％光催化降解率99％98％100％87％杀菌率99％99％99％99％稳定性95％96％98％81％经对比例与实施例比对，本发明制备的光催化材料具有良好的光催化稳定性均在95％以上，光催化去除率为98％以上，高于对比例中的875％光催化去除率和81％光催化稳定性。综上所述，本发明具有以下优点：1.本发明通过聚乙烯吡咯烷酮和甲基纤维素的双分散包裹体系完成钛酸正丁酯转化为纳米二氧化钛的控制，不仅能够控制纳米二氧化钛的粒径，同时降低了反应难度。2.本发明以控制水解为主要手段，同时降低了化合物之间的化学反应，提升了聚乙烯吡咯烷酮和甲基纤维素的回收利用可能性，降低环境污染和环保处理压力。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。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。当前第1页12