一种纳米复合Zn2TiO4功能材料及其分散液的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米氧化物材料的制备方法。具体涉及一种纳米复合zn2tio4功能材料及其分散液的制备方法。

背景技术

目前，家居生活逐渐成为人们日常生活中的一项重点，而家装涂料是家居装修中不可或缺的一部分，但涂料中一般均含有大量有机挥发物(voc)，这会对人们的健康造成很大伤害。voc会影响中枢神经系统和免疫功能，引起头痛、疲劳、注意力不集中等症状。空气中voc含量小于0.2mg/m³时，对人体没有影响；0.2～3mg/m³时，对人体有轻微刺激或是不适；3～25mg/m³时，对人体有刺激或引起头痛；大于25mg/m³时，对神经有影响。常见的voc主要有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醇、十四碳烷等。当居室中的voc达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的大脑、内脏和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。

常采用的净化室内空气的方法有活性炭和硅藻泥。活性炭的使用初期确实有效果，因为孔隙具有吸附势，是靠碳分子与被吸附分子的引力而形成的，孔径越小，吸附势越强，无论是传统的活性炭，还是炒得比较多的改性活性炭，由于其孔隙过大，吸附能力都有限。活性炭一般对苯类有一定吸附作用，对甲醛的吸附效果不明显，一般一个月之后活性炭的吸附能力就会变弱。而硅藻泥是以多微孔吸附结构的硅藻土、多种矿物组份为主要原材料，可以吸附甲醛、苯等有害气体，但吸附能力也是有限的，后期饱和之后反而会不断释放出来。

由此可见，要想从源头上解决甲醛、苯等气体的危害，需要在吸附的同时将其降解成无害的小分子物质。本发明开发了一种新型的纳米光触媒zn2tio4功能材料，可以将吸附进吸附材料微孔中的甲醛、苯等有害气体分子在光电作用下发生电解反应，氧化为对人体无害的二氧化碳和水，这种“类光合作用”可以保证活性炭或硅藻泥微孔的永不饱和，形成源源不断分解甲醛净化室内空气的微动力循环。该功能材料采用复合螯合剂工艺制备，能够保证zn和ti离子在分子水平的均匀混合，弥补了传统单螯合剂存在的螯合局部分布不均的难题，并采用低温离心分离技术制备出高浓度分散液。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有除voc技术中吸附材料易饱和的缺陷，提供一种复合螯合剂制备纳米复合zn2tio4功能材料及其分散液的制备方法。该法制备的纳米材料具有更优异的光催化性能，可以长久去除有害气体。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

（1）首先将乙醇、水与硝酸按1：(0.1~0.8)：(0.02~0.1)的体积比预混，加入的硝酸作为后续锌和钛的化合物的水解抑制剂，组成混合液；

（2）将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比进行配料，加入到步骤a的混合液中，通过磁力搅拌器常温搅拌至全部溶解；

（3）将复合螯合剂跟水预混，水与螯合剂质量比为(0.1~1)：1，混合均匀后滴加氨水至螯合剂全部溶解，搅拌，然后加入到步骤b的混合液中，并加入氨水调节ph值至7~8，并80^oc加热搅拌成溶胶；

（4）将步骤（3）的溶胶继续搅拌至凝胶状态，然后在200~300^oc的鼓风烘箱中烘干6~36小时，得到黑色的前驱体；

（5）将步骤（4）制得的前驱体放入马弗炉中煅烧5~15小时，得到成品白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；

（6）采用低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，使步骤（5）制得的zn2tio4复合粉体、分散剂和溶剂形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的1%～60%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。

所述的锌化合物为硝酸锌、氯化锌、二甲基锌、一乙基锌、二乙基锌、二苯基锌、二(五甲基环戊二烯)基锌中的一种或其组合，所述的钛化合物为钛酸四正丁酯、钛酸四异丙酯或钛的氯化物中的一种或其组合。

所述的复合螯合剂为二硫代氨基甲酸盐、三乙醇胺、乙酸、月桂酸、酒石酸、柠檬酸、草酸、葡萄糖酸、2,2'-联吡啶、1,10-邻二氮杂菲、氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、乙二胺四乙酸中的两种或其多种组合，其中配料比为螯合剂：金属离子=(0.5~3.0)：1(摩尔比)。

所述步骤（5）中烧结的温度为程序阶段升温，升温速率控制为1~20^oc/min，加热范围为300~500^oc，颗粒尺寸大小为10~30nm。

所述的分散剂为op系列(烷基酚与环氧乙烷的缩合物)、十六烷基硫酸钠、byk190、byk106、byk-163、byk182、byk184、byk-2164、德谦904s、mok5032中的一种或其组合，其中纳米粉体材料和分散剂的质量比为1：(0.01～0.3)。所述的溶剂为水、乙醇、乙二醇、甲苯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、有机磷酸酯系列、正己烷、醚类、乙酸乙酯、乙酸丁酯、白油中的一种。

所述的低温离心分离技术的温度范围为-10～10^oc。

本发明采用复合螯合剂、碱性合成条件，使锌和钛能够在分子水平上均匀混合，可以明显改善材料的颗粒团聚现象，增加粒径的均一性。水解抑制剂的添加可以将原料的水解速度控制在合理的范围内。同时，利用低温离心分离技术进一步打散颗粒团聚，能够保持长期稳定性，并能实现分散液的高浓度制备。

附图说明

图1为本发明实施例1合成的纳米级zn2tio4粉体的tem图

图2为本发明实施例2合成的纳米级zn2tio4粉体的sem图

图3为本发明实施例3采用低温离心分离技术制备的30%固含量的zn2tio4分散液的sem图

具体实施方式

本发明下面通过具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。

实施例1：将300ml乙醇与30ml水预混组成混合溶剂，再加入6ml的hno3作为后续反应的抑制剂；将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比称取22.32g硝酸锌和10.66g的钛酸四异丙酯，加入到先前的醇水酸混合液中，通过磁力加热搅拌器搅拌，直至全部溶解；再将10.72g乙二胺四乙酸和3.52g柠檬酸加入到已预混好的金属离子溶液中，混合均匀后滴加氨水调节ph值至7，继续搅拌；待上述混合液搅拌均匀成溶胶后，再80^oc加热搅拌至凝胶状态，然后在200^oc的鼓风烘箱中烘干6小时，得到黑色蓬松的前驱体；将前驱体放入马弗炉中300^oc，1^oc/min升温速率煅烧5小时得到白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；取1gzn2tio4复合粉体、0.01g分散剂op9和98.99g水，采用-10^oc低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，研磨形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的1%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。

实施例2：将300ml乙醇与90ml水预混组成混合溶剂，再加入15ml的hno3作为后续反应的抑制剂；将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比称取10.41g氯化锌和13g的钛酸四正丁酯，加入到先前的醇水酸混合液中，通过磁力加热搅拌器搅拌，直至全部溶解；再将15.3g月桂酸和7.3g氨三乙酸加入到已预混好的金属离子溶液中，混合均匀后滴加氨水调节ph值至7.5，继续搅拌；待上述混合液搅拌均匀成溶胶后，再80^oc加热搅拌至凝胶状态，然后在250^oc的鼓风烘箱中烘干12小时，得到黑色蓬松的前驱体；将前驱体放入马弗炉中400^oc，5^oc/min升温速率煅烧10小时得到白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；取10gzn2tio4复合粉体、1g分散剂byk-2164和89g乙醇，采用0^oc低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，研磨形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的10%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。

实施例3：将300ml乙醇与150ml水预混组成混合溶剂，再加入21ml的hno3作为后续反应的抑制剂；将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比称取15.1g二甲基锌和15g的四氯化钛，加入到先前的醇水酸混合液中，通过磁力加热搅拌器搅拌，直至全部溶解；再将124.41g二亚乙基三胺五乙酸和30.38g柠檬酸加入到已预混好的金属离子溶液中，混合均匀后滴加氨水调节ph值至8，继续搅拌；待上述混合液搅拌均匀成溶胶后，再80^oc加热搅拌至凝胶状态，然后在300^oc的鼓风烘箱中烘干24小时，得到黑色蓬松的前驱体；将前驱体放入马弗炉中500^oc，10^oc/min升温速率煅烧15小时得到白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；取30gzn2tio4复合粉体、6g分散剂byk-163和64g甲苯，采用5^oc低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，研磨形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的30%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。

实施例4：将300ml乙醇与240ml水预混组成混合溶剂，再加入30ml的hno3作为后续反应的抑制剂；将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比称取17.39g二乙基锌和20g的钛酸四异丙酯，加入到先前的醇水酸混合液中，通过磁力加热搅拌器搅拌，直至全部溶解；再将163.95g月桂酸和40.56g柠檬酸加入到已预混好的金属离子溶液中，混合均匀后滴加氨水调节ph值至8，继续搅拌；待上述混合液搅拌均匀成溶胶后，再80^oc加热搅拌至凝胶状态，然后在300^oc的鼓风烘箱中烘干36小时，得到黑色蓬松的前驱体；将前驱体放入马弗炉中500^oc，20^oc/min升温速率煅烧15小时得到白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；取40gzn2tio4复合粉体、12g分散剂mok5032和48g丙二醇甲醚醋酸酯，采用10^oc低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，研磨形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的40%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。

实施例5：将300ml乙醇与240ml水预混组成混合溶剂，再加入30ml的hno3作为后续反应的抑制剂；将zn和ti的化合物，按照2：1的摩尔比称取17.39g二乙基锌和20g的钛酸四异丙酯，加入到先前的醇水酸混合液中，通过磁力加热搅拌器搅拌，直至全部溶解；再将123.39g乙二胺四乙酸和40.56g柠檬酸加入到已预混好的金属离子溶液中，混合均匀后滴加氨水调节ph值至8，继续搅拌；待上述混合液搅拌均匀成溶胶后，再80^oc加热搅拌至凝胶状态，然后在300^oc的鼓风烘箱中烘干36小时，得到黑色蓬松的前驱体；将前驱体放入马弗炉中500^oc，20^oc/min升温速率煅烧15小时得到白色zn2tio4（zno-tio2）复合粉体；取60gzn2tio4复合粉体、6g分散剂德谦904s和34g乙酸乙酯，采用0^oc低温离心分离技术替代传统砂磨机的格栅技术，研磨形成稳定的胶体，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，形成的60%固含量的纳米复合zn2tio4分散液。