專利名稱：一種納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，尤其是一種納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，近年來納米材料的研究有了迅猛的發(fā)展，其相關(guān)應(yīng)用也已初具規(guī)模。納米晶的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)是不同于傳統(tǒng)粉體的最為顯著的性質(zhì)。伴隨著納米材料的興起，納米孔、納米晶、納米管等多種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)已制備出來，催化領(lǐng)域成為這些納米結(jié)構(gòu)材料的最主要的應(yīng)用之一，其它用途也亟待開發(fā)。
對(duì)于納米材料的研究，納米功能材料是其發(fā)展最快的一個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)，二氧化鈦材料又是目前納米功能材料研究的熱點(diǎn)。它不僅具有良好的氣敏、濕敏特性和較高的介電性能，在催化方面的應(yīng)用也極為廣泛。在現(xiàn)有的光催化劑中，二氧化鈦無(wú)毒性且催化活性最高，另外還具有耐酸堿性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不發(fā)生光化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
近年來由于納米介孔組裝體系具有獨(dú)特性能和重要潛在應(yīng)用價(jià)值，引起了科研工作者極大關(guān)注和興趣。納米介孔二氧化鈦目前的實(shí)驗(yàn)室制備方法主要為溶膠-凝膠法由鈦的有機(jī)醇鹽如鈦酸丁酯等為原料，采用無(wú)機(jī)酸為水解催化劑，有機(jī)溶劑如無(wú)水乙醇等為介質(zhì)，先得到溶膠再轉(zhuǎn)化為凝膠，經(jīng)干燥，焙燒制得。由于該方法生產(chǎn)成本高，制備周期長(zhǎng)，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此到目前為止還未見工業(yè)化生產(chǎn)納米介孔二氧化鈦的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有納米介孔二氧化鈦的制備方法生產(chǎn)成本高、制備周期長(zhǎng)、不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種易于工業(yè)化生產(chǎn)的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，采用沉淀法，以硫酸氧鈦和氫氧化鈉為原料，水為溶劑，加入表面活性劑，經(jīng)過以下工藝步驟制得孔徑2～15nm、粒徑8～15nm、比表面積80～150m2/g的銳鈦型納米介孔二氧化鈦粉體(1)在容器中加入濃度為20～35％氫氧化鈉溶液和重量百分比為1～5％表面活性劑溶液并攪拌均勻，氫氧化鈉溶液與表面活性劑溶液的體積比為10∶1～5∶1，滴加濃度為130～170g/L的硫酸氧鈦溶液，至PH＝6.5～7停止滴加，對(duì)產(chǎn)生出的二氧化鈦前驅(qū)體白色沉淀陳化1-6小時(shí)；(2)將上述已陳化好的二氧化鈦前驅(qū)體過濾，用溫度大于35℃的熱水洗滌沉淀物至無(wú)硫酸根為止，然后將產(chǎn)物置于80～110℃的烘箱中干燥5～8小時(shí)；(3)將干燥好的二氧化鈦前驅(qū)體置于馬弗爐中，以5～10℃/min的升溫速度升溫至450～650℃，保溫1.0～2.5小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎即得。
本發(fā)明的有益效果是由于采用的是無(wú)機(jī)鈦鹽和無(wú)機(jī)堿為主要原料，水為介質(zhì)，使得整個(gè)工藝生產(chǎn)成本低。制備的納米介孔二氧化鈦中墻體是銳鈦型納米晶，經(jīng)紫外線激發(fā)后能有效的產(chǎn)生光電子和光生空穴，適合于用作光催化劑。介孔的孔徑分布在2～15nm之間，粒徑8～15nm、比表面積80～150m2/g，有較好的穩(wěn)定性，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
經(jīng)過微調(diào)制備條件，如表面活性劑種類、煅燒強(qiáng)度等，可得到不同孔徑、不同比表面積的介孔納米二氧化鈦粉體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，采用沉淀法，以硫酸氧鈦和氫氧化鈉為原料，水為溶劑，加入表面活性劑，經(jīng)過以下工藝步驟制得孔徑2～15nm、粒徑8～15nm、比表面積80～150m2/g的銳鈦型納米介孔二氧化鈦粉體(1)在容器中加入濃度為20～35％氫氧化鈉溶液和重量百分比為1～5％表面活性劑溶液并攪拌均勻，氫氧化鈉溶液與表面活性劑溶液的體積比為10∶1～5∶1，勻速緩慢滴加濃度為130～170g/L的硫酸氧鈦溶液，至PH＝6.5～7停止滴加，對(duì)產(chǎn)生出的二氧化鈦前驅(qū)體白色沉淀陳化1-6小時(shí)；滴加硫酸氧鈦溶液時(shí)最好勻速緩慢滴加，以使得溶液不至于因?yàn)榉磻?yīng)中和熱的產(chǎn)生而局部溫度過高。滴加硫酸氧鈦溶液只要使PH＜7均可，其最好控制在PH＝7時(shí)停止，這樣就不會(huì)造成原料的浪費(fèi)。
(2)將上述已陳化好的二氧化鈦前驅(qū)體過濾，用溫度大于35℃的熱水洗滌沉淀物至無(wú)硫酸根為止，然后置于80～110℃的烘箱中干燥5～8小時(shí)；(3)將干燥好的二氧化鈦前驅(qū)體置于馬弗爐中，以5～10℃/min的升溫速度升溫至450～650℃，保溫1.0～2.5小時(shí)，關(guān)斷電源，冷卻至室溫后粉碎即得產(chǎn)品。
上述的表面活性劑可以采用陽(yáng)離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，陽(yáng)離子表面活性劑如N-鹵代十六烷基吡啶，陰離子表面活性劑如十二烷基苯磺酸鈉，非離子表面活性劑如聚乙二醇、聚乙二醇辛基苯基醚等。
實(shí)施例1在容器中加入25％的氫氧化鈉溶液50ml，再加入重量百分比為5％的表面活性劑聚乙二醇5ml，攪拌均勻；緩慢勻速滴加濃度為130g/L的硫酸氧鈦溶液至燒杯中，至PH值等于7.0停止；陳化3小時(shí)后過濾，以溫度大于50℃的熱水洗滌沉淀至濾液無(wú)硫酸根為止；將產(chǎn)物置于85℃烘箱中8小時(shí)后，將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速度控制在5℃/min左右，緩慢升溫至450℃，保溫1小時(shí)，關(guān)斷電源冷卻至室溫；研磨，即得產(chǎn)品。
制備的納米介孔二氧化鈦粉體，其特征是銳鈦型；納米介孔二氧化鈦粉體的比表面積149m2/g，孔徑分布10～15nm，粒徑為8.0nm，孔體積為0.388cm3/g。
實(shí)施例2在容器中加入25％的氫氧化鈉溶液50ml，再加入重量百分比為3％的表面活性劑聚乙二醇5ml，攪拌均勻；緩慢勻速滴加濃度為150g/L的硫酸氧鈦溶液至燒杯中，至PH值等于7.0停止；陳化3小時(shí)后過濾，以溫度大于50℃的熱水洗滌沉淀至濾液無(wú)硫酸根為止；將產(chǎn)物置于85℃烘箱中8小時(shí)后，將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速度控制在5℃/min左右，緩慢升溫至550℃，保溫1.5小時(shí)，關(guān)斷電源冷卻至室溫；研磨，即得產(chǎn)品。
制備的納米介孔二氧化鈦粉體，其特征是銳鈦型；納米介孔二氧化鈦粉體的比表面積103m2/g，孔徑分布5-10nm，粒徑為10nm，孔體積為0.347cm3/g。
實(shí)施例3在容器中加入25％的氫氧化鈉溶液50ml，再加入重量百分比為1％的表面活性劑聚乙二醇5ml，攪拌均勻；緩慢勻速滴加濃度為170g/L的硫酸氧鈦溶液至燒杯中，至PH值等于6.5停止；陳化3小時(shí)后過濾，以溫度大于50℃的熱水洗滌沉淀至濾液無(wú)硫酸根為止；將產(chǎn)物置于85℃烘箱中8小時(shí)后，將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速度控制在5℃/min左右，緩慢升溫至650℃，保溫1小時(shí)，關(guān)斷電源冷卻至室溫；研磨，即得產(chǎn)品。
制備的納米介孔二氧化鈦粉體，其特征是銳鈦型；納米介孔二氧化鈦粉體的比表面積81m2/g，孔徑分布2-8nm，粒徑為15nm，孔體積為0.289cm3/g。
權(quán)利要求
1.一種納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，采用沉淀法，以硫酸氧鈦和氫氧化鈉為原料，水為溶劑，加入表面活性劑，經(jīng)過以下工藝步驟制得孔徑2～15nm、粒徑8～15nm、比表面積80～150m2/g的銳鈦型納米介孔二氧化鈦粉體(1)在容器中加入濃度為20～35％氫氧化鈉溶液和重量百分比為1～5％表面活性劑溶液并攪拌均勻，氫氧化鈉溶液與表面活性劑溶液的體積比為10∶1～5∶1，滴加濃度為130～170g/L的硫酸氧鈦溶液，至PH＝6.5～7停止滴加，對(duì)產(chǎn)生出的二氧化鈦前驅(qū)體白色沉淀陳化1-6小時(shí)；(2)將上述已陳化好的二氧化鈦前驅(qū)體過濾，用溫度大于35℃的熱水洗滌沉淀物至無(wú)硫酸根為止，然后置于80～110℃的烘箱中干燥5～8小時(shí)；(3)將干燥好的二氧化鈦前驅(qū)體置于馬弗爐中，以5～10℃/min的升溫速度升溫至450～650℃，保溫1.0～2.5小時(shí)，冷卻至室溫后粉碎即得銳鈦型納米介孔二氧化鈦粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述表面活性劑為陽(yáng)離子表面活性劑。
3.如權(quán)利要求2所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述陽(yáng)離子表面活性劑為N-鹵代十六烷基吡啶。
4.如權(quán)利要求1所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述表面活性劑為陰離子表面活性劑。
5.如權(quán)利要求4所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉
6.如權(quán)利要求1所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述表面活性劑為非離子表面活性劑。
7.如權(quán)利要求6所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述非離子表面活性劑為聚乙二醇。
8.如權(quán)利要求6所述的納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，其特征是所述非離子表面活性劑為聚乙二醇辛基苯基醚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米介孔二氧化鈦粉體的制備方法，該方法易于工業(yè)化生產(chǎn)。該方法是采用硫酸氧鈦和氫氧化鈉這種無(wú)機(jī)鈦鹽和無(wú)機(jī)堿為主要原料，水為溶劑，加入表面活性劑，制備出二氧化鈦凝聚粒子，再經(jīng)過濾、干燥、熱處理、研磨，制得孔徑2～15nm、粒徑8～15nm、比表面積80～150m
文檔編號(hào)C01G23/00GK1636879SQ20041008138
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者戴亞堂, 陶寧, 涂銘旌 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院, 四川大學(xué)