本发明涉及一种纳米tio2的制备方法，属于功能材料领域。
背景技术：
二氧化钛（tio2）由于具备无毒、极佳的不透明度、最佳白度和光亮度等特点，是现今性能最好的一种白色颜料，受到工业和科研界的广泛关注。在一些技术领域中，常见的tio2的制备方法可分为固相法、气相法和液相法三种。固相法应用比较少，主要包括机械粉碎法、球磨法等；气相法主要包括溅射法、激光化学法和气相水解法等；液相法主要有沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法和水热法等；一般情况下，为了方便控制条件，在制备tio2时，经常采用液相法。
但是，使用液相法制备tio2时，虽然采用溶胶-凝胶法制备的tio2具有纯度高、活性大、颗粒细小、合成温度低、化学均匀性好以及粒径分布较窄等特点。但现在溶胶-凝胶法制备tio2通常包括沉淀、洗涤、胶溶和晶化四个过程；洗涤是一个非常关键的步骤，它直接影响tio2在水溶液中的纯度、均一性、分散性和稳定性。并且洗涤过程中会消耗大量的水，产生的废水会造成环境的污染；同时洗涤过程中的离子不易回收，不仅对环境造成污染，而且也不利于资源的综合利用。另外，现在的溶胶-凝胶法制备tio2所需时间比较长，有些甚至需要上百个小时，这就势必影响了实验的进程。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种纳米tio2的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将柠檬酸、钛酸丁酯按化学计量比溶解在甲醇中，同时加入乙二醇作为分散剂，得到混合溶液；
（2）将步骤（1）所得混合溶液在80~90℃发泡成胶，加热反应至发泡成胶过程中无沉淀生成，成胶所需时间15~25分钟；
（3）将步骤（2）所得胶体进行干燥得到干凝胶，将干凝胶研磨至颗粒均匀，进行煅烧处理得到二氧化钛纳米粉体。
优选的，本发明步骤（1）中乙二醇的加入量为每制备1g的tio2材料加入1.5ml乙二醇。
优选的，本发明步骤（3）中干燥条件为：180~200℃干燥1~2小时，煅烧条件为：800~900℃煅烧时间为4~6h。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用甲醇作为溶剂，利用甲醇的表面张力小，分散能力强的优点，在成胶过程中可以降低溶液黏度，使胶体反应充分，获得的tio2粒径分布较窄，纯度高，颗粒细小。
（2）本发明成胶反应时间只需要15~25分钟，干燥1~2小时，所用时间要远小于采用无水乙醇的溶胶-凝胶方法制备tio2；另外，该方法不需要洗涤步骤，大幅度降低水和能源的消耗，合成过程中不需要添加其他试剂。
附图说明
图1为实施例1中制备得到的tio2的x射线衍射图。
图2为实施例1中制备得到的tio2的sem图片。
图3为实施例2中制备得到的tio2的sem图片。
图4为对比实施例1制备得到的tio2的sem图片。
图5为对比实施例2和实施例2中制备得到的溶液对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，这些具体实施方式只是由于实例性说明的目的，而并非用于限定本发明。
实施例1
（1）将柠檬酸、钛酸丁酯溶解在50ml甲醇中；同时加入乙二醇作为分散剂，得到混合溶液，以制备2g的tio2为例，在混合溶液中柠檬酸的加入量为21.0493g，钛酸丁酯的加入量为8.6962g，保持柠檬酸和钛酸丁酯的摩尔量之比为4:1，乙二醇的加入量为3ml。
（2）将步骤（1）所得混合溶液在85℃发泡成胶，加热反应至发泡成胶过程中无沉淀生成，成胶所需时间20分钟。
（3）将步骤（2）所得胶体进行干燥得到干凝胶（180℃干燥2小时），将干凝胶研磨至颗粒均匀，进行煅烧处理得到二氧化钛纳米粉体（850℃煅烧时间为5h）。
本实施例所述方法制备得到的tio2材料的xrd如图1所示，由图可以看出制备得到的样品没有杂相。
本实施例所述方法制备得到的tio2材料的微观结构如图2所示，由图可以看出获得的tio2粒径分布较窄，颗粒细小。
实施例2
（1）将柠檬酸、钛酸丁酯溶解在50ml的甲醇中；同时加入乙二醇作为分散剂，得到混合溶液，以制备2g的tio2为例，在混合溶液中柠檬酸的加入量为21.0493g，钛酸丁酯的加入量为8.6962g，保持柠檬酸和钛酸丁酯的摩尔量之比为4:1，乙二醇的加入量为3ml；
（2）将步骤（1）所得混合溶液在90℃发泡成胶，加热反应至发泡成胶过程中无沉淀生成，成胶所需时间15分钟；
（3）将步骤（2）所得胶体进行干燥得到干凝胶（200℃干燥1小时），将干凝胶研磨至颗粒均匀，进行煅烧处理得到二氧化钛纳米粉体（900℃煅烧时间为4h）。
本实施例所述方法制备得到的tio2材料的微观结构如图3所示，由图可以看出获得的tio2粒径分布较窄，颗粒细小。
对比实施例1：采用传统的溶胶凝胶法制备tio2材料
（1）用量筒量取10ml的蒸馏水和20ml无水乙醇混合与于250ml的烧杯中，混合为b液，精密ph计测量其ph值，用0.05mol/l的稀硝酸和0.05mol/l的氢氧化钠溶液调节ph为2，调节至所设定的水平，然后加入三口烧瓶中。
（2）在干燥的恒压滴液漏斗中加入20ml无水乙醇，然后加入10ml四异丙醇钛，记为a液。
（3）打开恒压滴液漏斗，将a液以约30滴/min的速度滴加入b液中，a液全部滴加入b液中后开始计时，恒温水浴搅拌120min后，停止搅拌和加热。将三口烧瓶移到超声波清洗机中进行超声，60min后将三口烧瓶取出，得到溶胶-凝胶状tio2。
（4）陈化5h，然后水洗、醇洗、离心，最后在90℃下真空干燥，干燥后的片状tio2进行研磨，最终得到tio2粉末，密封保存。
本实施例所述方法制备得到的tio2材料的微观结构如图4所示，由图可以看出制备出的样品粒径不好，有聚集现象。
对比实施2：采用不加入柠檬酸作为对比实验，实验现象如图5所示，图(a)、(b)分别为加入柠檬酸和不加入柠檬酸的实验现象对比图。可以看出在不加入柠檬酸的情况下，溶液呈现乳白色，底部有白色的沉淀，钛酸丁酯产生了水解，无法形成溶液，进而不能形成溶胶。而在加入柠檬酸的情况下，钛酸丁酯可以在甲醇溶液中形成溶液，没有出现沉淀的现象，进而可以形成溶胶。