一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及无机非金属材料领域，具体涉及一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法。【
背景技术：
】[0002]由于纳米二氧化钛在光催化剂、气体传感器、水处理等方面的广泛应用，关于纳米二氧化钛的研究一直都非常活跃。纳米二氧化钛具有三种常见的晶型:板钛矿型、锐钛型、金红石型，其中，锐钛型纳米二氧化钛具有较高的光生载流子移动速率以及高密度的表面羟基，被广泛应用于光催化以及太阳能发电等领域，尤其是在室内空气污染物光催化降解方面。至今，已有许多研究小组利用湿法化学法，如水热法、溶胶-凝胶法、反胶束法等，开发出了不同的单晶锐钛型纳米二氧化钛合成方法。利用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛，当温度低于400°C时，会产生无定型的二氧化钛，需要高温煅烧工艺促使二氧化钛由无定型态向锐钛型转换。由于需要高温煅烧处理，溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛易团聚、颗粒分散不均匀、水分散性差，一方面降低了光催化性能，另一方面也增加了实际成膜应用的难度。因此，开发低温制备高结晶度纳米二氧化钛的合成工艺，迫在眉睫。此外，结合室内空气污染治理行业对光触媒溶液快速成膜的要求，开发低温可控制备高乙醇/水分散性高结晶度纳米二氧化钛粉体的工艺意义重大。但此类方法却很少有报道，并且仅仅局限于配体交换法或有机分子包裹法。例如，Koziej.D等人利用钛酸异丙醇和苯甲醇进行配体交换反应，制备了有机配体包裹的纳米二氧化钛颗粒(Koziej，D.;Fischer，F.;Kramzlin，N.;Caseri，ff.R.；Niederberger?M.NonaqueousT1O2NanoparticleSynthesis：aVersatileBasisfortheFabricationofSelf-Supporting，transparent，andUV-AbsorbingCompositeFilms.ACSAppl.Mater.Interfaces2009，1，1097_1104.)，该方法制备出的纳米二氧化钦包含有机物杂质，纳米二氧化钛的光催化活性受到较大影响。即使一些方法制备出的纳米二氧化钛粉体无有机物包裹，且可分散于水中，但往往不能溶解在醇中，并且比表面积很小，影响最终的施工应用（E·Burunkaya，M·Akarsu，Η·E·Camurlu，0·Kesmez，Z·Yesi1，M.Asilturk?E.Arpac?ProductionofstablehydrosolsofcrystallineTi02nanoparticlessynthesizedatrelativelylowtemperaturesindiversemedia.AppliedSurfaceScience2013?265?317-323.)〇[0003]此外，由于二氧化钛具有合适的能带，无毒并且化学性质稳定等特点，因而被广泛地用做自清洁光催化剂来降解染料等有机污染物。所以，如果可以在常温下，通过简单的涂覆工艺，在玻璃或者塑料等基材表面快速形成结合牢固的透明二氧化钛薄膜，它们可以被用于封闭空间有毒有害气体光催化降解、自清洁以及污水处理。[0004]Ti4+具有很强的正电性(亲电子），它的前驱体例如:钛醇盐和四氯化钛等都倾向于发生亲核反应(水解）。一般情况下，钛醇盐的快速水解产生不稳定的Ti(0H)x(0R)4-x其过程为:Ti(OR)4+xH2〇-Ti(OH)x(OR)4-x+xROH。缩聚过程会产生不受控制的Ti_0_Ti链，容易诱发沉淀的产生。[0005]通过具有较高负电性的氧结合位点的螯合配体如：乙酰丙酮、草酸等进行稳定，可以降低钛醇盐的水解速率。但这些螯合配体往往具有较高的稳定性，在较低的温度下合成的纳米二氧化钛结晶度差。因此，需要一个合适的螯合配体能在低温下控制钛醇盐水解，从而可控合成单晶锐钛型纳米二氧化钛。【
发明内容】[0006]本发明目的是提供一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法，选择钛醇盐为钛源，低负电性酸根离子为稳定剂，在醇/水混合液中低温回流反应，制得纳米二氧化钛粗产物，纳米二氧化钛粗产物经过过滤、洗涤、真空烘干等过程后，制得平均粒径为5nm左右的纳米二氧化钛粉体。[0007]一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法，具体包含以下步骤：[0008](1)将酸加入到醇溶液中混合均匀，酸醇质量比为0.05-0.1，得A溶液，将钛醇盐缓慢加入到A溶液中，钛醇盐与A溶液的质量比为0.05-0.1，充分搅拌60-120分钟，使钛醇盐在高浓度酸中缓慢水解，得B溶液；[0009](2)将水加入到B溶液中，水与B溶液的质量比为0.05-0.1，65-85°C下，回流反应12-36小时，使二氧化钛前躯体沿各个方向水解、交联、生长；[0010](3)反应体系冷却后，沉淀物过滤、洗涤，于50-70°C真空条件下，干燥5-15小时，去除残余的酸和溶剂，得到纳米二氧化钛粉体。[0011]所述步骤(1)-(3)中的酸为磷酸、乙酸、硝酸中的一种或几种。[0012]所述步骤（1)-(3)中的醇为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种，所述钛醇盐为钛酸乙酯或钛酸异丙酯。[0013]由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：[0014](1)低温下实现二氧化钛的晶型转变，由无定型转化为纯锐钛型二氧化钛；[0015](2)制备的二氧化钛具有很高的分散性，既可以溶解在水中，又可以溶解在水-乙醇混合溶液中，并且溶解后的溶液可以直接涂覆在玻璃或塑料等基材上常温下固化成膜，此膜在紫外或可见光下具有高的光催化活性，可以被用于降解有机染料，且所制备的涂层具有很好的附着力。【附图说明】[0016]为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。[0017]图1是本发明实施例1制备方法的二氧化钛的X射线衍射图谱(XRD);[0018]图2是本发明实施例1制备方法的二氧化钛的透射电子显微镜图谱(TME);[0019]图3是本发明实施例1制备方法的二氧化钛的傅里叶红外图谱(FTIR);[0020]图4是本发明实施例1制备方法的二氧化钛的热重图谱(TG)。【具体实施方式】[0021]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。[0022]实施例1[0023]一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法，具体包含以下步骤：[0024](1)将酸加入到醇溶液中混合均匀，酸醇质量比为0.05-0.1，得A溶液，将钛醇盐缓慢加入到A溶液中，钛醇盐与A溶液的质量比为0.05-0.1，充分搅拌60-120分钟，使钛醇当前第1页1 2