本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法。

背景技術(shù)：

從上世紀(jì)20年代起，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，全球性環(huán)境污染也開(kāi)始威脅人類的安全，尤其是空氣污染，近年來(lái)愈演愈烈，已經(jīng)直接影響到了人們的生活質(zhì)量。例如城市大氣污染造成空氣污濁，室內(nèi)有害物質(zhì)的揮發(fā)都會(huì)造成人們的發(fā)病率上升，使人體產(chǎn)生亞健康反應(yīng)甚至威脅生命安全等等?？諝馕廴締?wèn)題的日趨嚴(yán)重，使得尋求更加高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的材料及技術(shù)工藝處理污染問(wèn)題已經(jīng)成為目前人們所關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

納米TiO₂作為一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料，具有許多良好的特性。比如無(wú)毒害、高催化活性、高穩(wěn)定性以及較高的光電轉(zhuǎn)換效率，制備成本低廉，在能源和環(huán)保領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

而在各種空氣污染處理工藝中，比如植物消除、活性炭吸附、化學(xué)分解、負(fù)離子等等，由于各自的一些技術(shù)缺點(diǎn)，例如耗能高，污染物降解效率低，礦化能力差，二次污染，難以廣泛的推廣使用。光催化技術(shù)能夠有效地降解許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的污染物，而且使用方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、氧化能力高、殺菌能力強(qiáng)、無(wú)二次污染。因此，TiO₂在光催化降解污染物方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在納米TiO₂粉體制備過(guò)程中，由于納米尺寸顆粒的比表面積和表面張力都很大，極易相互吸附發(fā)生團(tuán)聚，形成聚集體(二次粒子)和附聚體(三次粒子)，而且顆粒的大小和形狀往往是決定性能的重要因素。因此我們需要制備一種具有較窄粒徑分布、較高比表面積、較好的擴(kuò)展性及互溶性的單分散納米TiO₂粉體，使其可以均勻地分散在涂料中或者其他液相材料中去提高TiO₂的光催化效率，充分發(fā)揮納米材料的性能，進(jìn)而有效解決納米TiO₂粉體易團(tuán)聚失活的缺點(diǎn)和負(fù)載型TiO₂比表面積低的問(wèn)題。

單分散納米TiO₂微球粉體的制備方法主要有兩種形式：氣相法和液相法。但氣相反應(yīng)需要使前驅(qū)體氣化，能耗高；另外反應(yīng)需要在瞬間完成氣化過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，材質(zhì)，物料進(jìn)出口均要求很高，技術(shù)上存在一些問(wèn)題。液相法中的水熱法相比氣相法合成溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作，且可控、結(jié)晶度高，適合于制備單分散納米粉體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法,采用溶劑熱合成法，步驟如下：

步驟一：以鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄為前驅(qū)體，異丙醇(CH₃)₂CHOH為溶劑，將異丙醇溶液加入到鈦酸丁酯溶液里，攪拌，使溶液充分混合；

步驟二：向步驟一所得的溶液中緩慢加入0.05-0.1mL的控制劑二乙烯三胺HN(CH₂CH₂NH₂)₂，攪拌；

步驟三：將步驟二所得的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜內(nèi)膽中，烘箱溫度升至170-180℃后，再將反應(yīng)釜放入烘箱中，一定條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；

步驟四：將步驟三所得的產(chǎn)物自然冷卻，7000r/min離心8min，取沉淀物用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌4次至上清液pH值呈中性、烘干；

步驟五：將前述產(chǎn)物置于馬弗爐中進(jìn)行熱處理，即可得到具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料。

進(jìn)一步的，所述步驟一中的攪拌條件為常溫下磁力攪拌5min。

進(jìn)一步的，所述步驟一中的鈦酸丁酯的純度≥98.0％，異丙醇的純度≥99.7％。

進(jìn)一步的，所述鈦酸丁酯與異丙醇的物質(zhì)的量比為1:9.3。

進(jìn)一步的，所述步驟二中的攪拌條件為常溫磁力攪拌15min。

進(jìn)一步的，所述步驟二中的二乙烯三胺的純度≥98.0％。

進(jìn)一步的，所述步驟三中的一定條件是溫度170-180℃，水熱反應(yīng)12h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫后，再在溫度170-180℃下水熱反應(yīng)12h。

進(jìn)一步的，所述步驟四中的烘干條件為溫度55-65℃，時(shí)間2.5h。

進(jìn)一步的，所述步驟五中的熱處理?xiàng)l件為升溫速率1℃/min，200℃保溫1h，300℃保溫1h，升至400℃后保溫2h。

進(jìn)一步的，所述步驟五中的具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料為白色粉體，其中TiO₂納米微球直徑范圍為450nm-550nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明重復(fù)制備的產(chǎn)物單分散穩(wěn)定。

(2)本發(fā)明采用的溶劑熱合成工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，便于控制。

(3)本發(fā)明所得到的TiO₂納米粉體光催化活性高，其納米微球直徑范圍：500-600nm。

附圖說(shuō)明

圖1是放大倍數(shù)2500倍時(shí)本發(fā)明樣品的SEM圖。

圖2是放大倍數(shù)45000倍時(shí)本發(fā)明樣品的TEM圖。

圖3是標(biāo)尺為200nm時(shí)本發(fā)明樣品的TEM圖。

圖4是標(biāo)尺為10nm時(shí)本發(fā)明樣品TEM圖。

圖5是本發(fā)明樣品的XRD圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1：

一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法,采用溶劑熱合成法，步驟如下：

步驟一：以鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄為前驅(qū)體，異丙醇(CH₃)₂CHOH為溶劑，鈦酸丁酯的純度≥98.0％，異丙醇的純度≥99.7％，稱取3.52g 10mmoL的鈦酸丁酯，將其倒入燒杯中，再加入71mL異丙醇，常溫下磁力攪拌5min，使溶液充分混合；

步驟二：向步驟一所得的溶液中緩慢加入0.05mL純度≥98.0％的二乙烯三胺HN(CH₂CH₂NH₂)₂，常溫磁力攪拌15min至溶液混合均勻；

步驟三：將步驟二所得的溶液置于100mL自生壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，烘箱溫度升至180℃后，再將反應(yīng)釜放入烘箱中，水熱反應(yīng)12h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫后，再在溫度180℃下水熱反應(yīng)12h。

步驟四：將步驟三所得的產(chǎn)物自然冷卻至室溫，7000r/min離心8min，取沉淀物用無(wú)水乙醇洗滌4次至上清液pH值呈中性，洗滌完畢后將產(chǎn)物置于坩堝中，放于65℃烘箱中進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間2.5h；

步驟五：將前述產(chǎn)物置于馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率設(shè)定為1℃/min，200℃保存1h，300℃保溫1h，升至400℃后保溫2h，最后得到白色粉體，即可得到具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料，其中TiO₂納米微球直徑范圍為500-550nm。

實(shí)施例2：

一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法,采用溶劑熱合成法，步驟如下：

步驟一：以鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄為前驅(qū)體，異丙醇(CH₃)₂CHOH為溶劑，鈦酸丁酯的純度≥98.0％，異丙醇的純度≥99.7％，稱取3.52g 10mmoL的鈦酸丁酯，將其倒入燒杯中，再加入71mL異丙醇，常溫下磁力攪拌5min，使溶液充分混合；

步驟二：向步驟一所得的溶液中緩慢加入0.10mL純度≥98.0％的二乙烯三胺HN(CH₂CH₂NH₂)₂，常溫磁力攪拌15min至溶液混合均勻；

步驟三：將步驟二所得的溶液置于100mL自生壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，烘箱溫度升至180℃后，再將反應(yīng)釜放入烘箱中，溫度180℃，水熱反應(yīng)12h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫后，再在溫度180℃下水熱反應(yīng)12h。

步驟四：將步驟三所得的產(chǎn)物自然冷卻至室溫，7000r/min離心8min，取沉淀物用無(wú)水乙醇洗滌4次至上清液pH值呈中性，洗滌完畢后將產(chǎn)物置于坩堝中，放于55℃烘箱中進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間2.5h；

步驟五：將前述產(chǎn)物置于馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率設(shè)定為1℃/min，200℃保存1h，300℃保溫1h，升至400℃后保溫2h，最后得到白色粉體，即可得到具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料，其中TiO₂納米微球直徑范圍為500-550nm。

實(shí)施例3：

一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法,采用溶劑熱合成法，步驟如下：

步驟一：以鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄為前驅(qū)體，異丙醇(CH₃)₂CHOH為溶劑，鈦酸丁酯的純度≥98.0％，異丙醇的純度≥99.7％，稱取3.52g 10mmoL的鈦酸丁酯，將其倒入燒杯中，再加入71mL異丙醇，常溫下磁力攪拌5min，使溶液充分混合；

步驟二：向步驟一所得的溶液中緩慢加入0.05mL純度≥98.0％的二乙烯三胺HN(CH₂CH₂NH₂)₂，常溫磁力攪拌15min至溶液混合均勻；

步驟三：將步驟二所得的溶液置于100mL自生壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，烘箱溫度升至170℃后，再將反應(yīng)釜放入烘箱中，溫度170℃，水熱反應(yīng)12h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫后，再在溫度170℃下水熱反應(yīng)12h。

步驟四：將步驟三所得的產(chǎn)物自然冷卻至室溫，7000r/min離心8min，取沉淀物用無(wú)水乙醇洗滌4次至上清液pH值呈中性，洗滌完畢后將產(chǎn)物置于坩堝中，放于55℃烘箱中進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間2.5h；

步驟五：將前述產(chǎn)物置于馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率設(shè)定為1℃/min，200℃保存1h，300℃保溫1h，升至400℃后保溫2h，最后得到白色粉體，即可得到具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料，其中TiO₂納米微球直徑范圍為450-500nm。

實(shí)施例4：

一種制備單分散TiO₂微球納米粉體的方法,采用溶劑熱合成法，步驟如下：

步驟一：以鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄為前驅(qū)體，異丙醇(CH₃)₂CHOH為溶劑，鈦酸丁酯的純度≥98.0％，異丙醇的純度≥99.7％，稱取3.52g 10mmoL的鈦酸丁酯，將其倒入燒杯中，再加入71mL異丙醇，常溫下磁力攪拌5min，使溶液充分混合；

步驟二：向步驟一所得的溶液中緩慢加入0.10mL純度≥98.0％的二乙烯三胺HN(CH₂CH₂NH₂)₂，常溫磁力攪拌15min至溶液混合均勻；

步驟三：將步驟二所得的溶液置于100mL自生壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，烘箱溫度升至170℃后，再將反應(yīng)釜放入烘箱中，溫度170℃，水熱反應(yīng)12h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫后，再在溫度170℃下水熱反應(yīng)12h。

步驟四：將步驟三所得的產(chǎn)物自然冷卻至室溫，7000r/min離心8min，取沉淀物用無(wú)水乙醇洗滌4次至上清液pH值呈中性，洗滌完畢后將產(chǎn)物置于坩堝中，放于55℃烘箱中進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間2.5h；

步驟五：將前述產(chǎn)物置于馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率設(shè)定為1℃/min，200℃保存1h，300℃保溫1h，升至400℃后保溫2h，最后得到白色粉體，即可得到具有單分散性的TiO₂微球納米粉體材料，其中TiO₂納米微球直徑范圍為500-550nm。

由圖4所示，本發(fā)明所得的樣品表面呈纖維狀，圖5是樣品的XRD圖，樣品為銳鈦礦晶型。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。