專利名稱：一種納米二氧化鈦化合物的制備方法
技術領域：
本發明屬于化學材料制備技術領域，具體涉及一種納米二氧化鈦化合物的制備方法。
背景技術：
二氧化鈦能帶隙較高，僅對387nm以下的紫外光響應，限制了二氧化鈦在光催化領域的實際應用。同時，粉體催化劑在反應后分離回收困難，不容易重復利用，還容易造成二次污染等問題，這對二氧化鈦光催化劑改性、固化等有了更高的要求。制備條件對二氧化鈦的光催化活性和微觀結構影響很大，優化最佳的制備條件和·薄膜負載方法是獲得高活性二氧化鈦粉末和薄膜的重要環節。二氧化鈦的合成方法有多種，化學氣相沉積法可以制備粉末和薄膜，Degussa p 25就是采用化學氣相法納米級二氧化鈦粉末，此法制備的二氧化鈦活性較好，但是生產裝置昂貴。磁控濺射法是物理氣相沉積的一種方法，可以制備高密度，良好的結合型的二氧化鈦薄膜，并適于大面積沉積膜，但是制備的薄膜的活性較差。粉末燒結法以粉末狀的二氧化鈦作為原料，將粉末狀二氧化鈦與水或有機溶劑制成懸浮液，載體用懸浮液進行浸涂、干燥和熱處理后制成負載型二氧化鈦薄膜(如日本特開平10-212120號公報和中國200610052444. 5號申請專利)。粉末燒結法工藝簡單，但是制備的二氧化鈦薄膜在載體表面分布不均勻、比表面積小、且很容易脫落。而且一般的納米二氧化鈦薄膜在通常是疏水性的，只有在紫外光的照射下才表現為超親水性。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種納米二氧化鈦化合物的制備方法。具有較高光催化活性，獲得與載體結合牢固且在自然光下就具有較好的親水性的二氧化鈦薄膜。本發明的納米二氧化鈦化合物的制備方法，依次包括以下步驟
a、將鈦酸丁酯于劇烈攪拌下滴加到醇類分散劑中，醇類分散劑與鈦酸丁酯的摩爾比為(5 25) :1，得到淺黃色透明溶液A ;
b、把酸抑制劑與水和醇類分散劑混合得溶液B，酸抑制劑、水、醇類分散劑與鈦酸丁酯的摩爾比分別為(0. 5 2) : (I 3) : (5 25) 1 ；
C、再把B于劇烈攪拌下滴入A中，得二氧化鈦溶膠；
d、采用噴涂或浸潰提拉的方式將二氧化鈦溶膠負載在載體上，并自然干燥；
e、干燥后的薄膜放入250°C 650°C的馬弗爐中，在空氣氣氛條件下焙燒0.5 3h，即制得納米二氧化鈦薄膜。步驟a中的醇類分散劑為無水乙醇或異丙醇。步驟b中的酸抑制劑為鹽酸或硝酸。步驟d中的載體包括不規則形狀金屬載體、光滑平整的硅質載體、顆粒狀或纖維載體。
所述的不規則形狀金屬載體為泡沫金屬片和金屬網絲，采用噴涂方式鍍膜。所述的光滑平整的硅質載體為玻璃片、陶瓷片或硅片中的一種，采用浸潰提拉涂膜方式鍍膜或旋轉鍍膜。所述的顆粒狀或纖維載體為玻璃球、海砂、分子篩顆粒和活性碳纖維中的一種，采用浸潰過濾方式鍍膜。本發明的納米二氧化鈦化合物的制備方法中的步驟d、e采用如下步驟替代
將上述步驟a、b、c獲得的二氧化鈦溶膠自然蒸發變成凝膠，再后用紅外燈低溫烤干，
研磨成粉末，然后在250°C 650°C的馬弗爐中焙燒I 3h，即獲得納米二氧化鈦粉末。本發明中的醇類分散劑為無水乙醇或異丙醇、酸抑制劑為鹽酸或硝酸、不規則形 狀金屬載體為泡沫金屬片、金屬網絲等、光滑平整的硅質載體為玻璃片、陶瓷片或硅片等、顆粒狀或纖維載體為玻璃球、海砂、分子篩顆?；蚧钚蕴祭w維等。本發明的納米二氧化鈦化合物具有較強的光催化活性，與載體結合牢固，負載在玻璃上不僅具有較高的光催化活性，還有自清潔的功能，可用于廢水的處理。
具體實施例方式實施例I
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,然后將潔凈的玻璃片浸入溶膠中Imin后，以I. 5mm/s的速度勻速垂直提起，自然干燥后室溫下放入馬弗爐中，空氣氣氛條件下升至500°C焙燒lh，即在玻璃片上制得單層的納米二氧化
鈦薄膜。該單層納米二氧化鈦薄膜均勻、光滑，均方根表面粗糙度為0. 3nm左右，薄膜泛彩光，與載體結合牢固，厚度為67nm左右，晶粒尺寸為8nm左右。實施例2
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,按照步驟g溶膠自然蒸發變成凝膠，然后用紅外燈低溫烤干，研磨成粉末，然后在500°C的馬弗爐中焙燒2h，即得到納米二氧化鈦粉末。該納米二氧化鈦粉末分散性較好，晶粒尺寸為I Inm左右。實施例3
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,然后將二氧化鈦溶膠裝入噴槍中，以霧狀噴在泡沫銅上，噴上一層薄膜后自然干燥。自然干燥后放入400°C的馬弗爐中焙燒lh，即在泡沫銅上制得單層的納米二氧化鈦薄膜。該納米二氧化鈦薄膜與載體結合牢固，厚度為60nm左右，晶粒尺寸為8nm左右。實施例4
將步驟a、b、c中溶膠按照10 mL鈦酸丁酯、40 mL無水乙醇、I mL、0. 8 mL水的配比制得，按照步驟g溶膠自然蒸發變成凝膠，然后用紅外燈低溫烤干，研磨成粉末，然后在600°C的馬弗爐中焙燒2h，即得到納米二氧化鈦粉末。該納米二氧化鈦粉末分散性較好，晶粒尺寸為24nm左右。實施例5
將步驟a、b、c中溶膠按照10 mL鈦酸丁酯、50 mL無水乙醇、I. 2 mL、I. 2mL水的配比制得，然后將潔凈的玻璃片浸入溶膠中Imin后，以I. 2mm/s的速度勻速垂直提起，自然干燥后室溫下放入馬弗爐中，空氣氣氛條件下升至400°C焙燒0. 5h，即在玻璃片上制得單層的納米二氧化鈦薄膜。該納米二氧化鈦薄膜均勻、光滑，泛彩光，與載體結合牢固，厚度為67nm左右，晶粒尺寸為9nm左右。實施例6
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,按照步驟g溶膠自然蒸發變成凝膠，然后用紅外燈低溫烤干，研磨成粉末，然后在400°C的馬弗爐中焙燒2h，即得到納米二氧化鈦粉末。該納米二氧化鈦粉末分散性較好，晶粒尺寸為IOnm左右。實施例7·
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,然后將潔凈的玻璃片浸入溶膠中Imin后，以I. 5mm/s的速度勻速緩慢垂直提起，自然干燥后放A 500°C的馬弗爐中焙燒lOmin，取出放冷后再浸入溶膠中lmin，以I. 5mm/s的速度勻速垂直提起，按照步驟e如此重復4次，最后一次薄膜自然干燥后放入馬弗爐中，空氣氣氛條件下500°C焙燒0. 5h，即在玻璃片上制得4層的納米二氧化鈦薄膜。該納米二氧化鈦薄膜均勻、光滑，均方根表面粗糙度為3. Onm左右，薄膜泛彩光，與載體結合牢固，厚度為240nm左右，晶粒尺寸為9nm左右。實施例8
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,然后將潔凈的玻璃球浸入溶膠中2min后，以篩網過濾后自然干燥后室溫下放入馬弗爐中，空氣氣氛條件下升至500°C焙燒lh，即在玻璃球上制得單層的納米二氧化鈦薄膜。該單層納米二氧化鈦薄膜泛彩光，與載體結合牢固，晶粒尺寸為9nm左右。實施例9
將步驟a、b、c中溶膠按照IOmL鈦酸丁酯、46mL無水乙醇、lmL、ImL水的配比制得,然后將潔凈的圓形硅片放在旋轉鍍膜儀上，硅片旋轉時在中心位置滴幾滴二氧化鈦溶膠，溶膠均勻后取下干燥，空氣氣氛條件下升至300°C焙燒2h，即在硅片上制得納米二氧化鈦薄膜。該單層納米二氧化鈦薄膜光亮似鏡面，與載體結合牢固，晶粒尺寸為8nm左右。
權利要求
1.一種納米二氧化鈦化合物的制備方法，依次包括以下步驟 a.將鈦酸丁酯于劇烈攪拌下滴加到醇類分散劑中，醇類分散劑與鈦酸丁酯的摩爾比為(5 25) :1，得到淺黃色透明溶液A ; b.把酸抑制劑與水和醇類分散劑混合得溶液B，酸抑制劑、水、醇類分散劑與鈦酸丁酯的摩爾比分別為(O. 5 2) :(1 3) :(5 25) 1 ； c.再把B于劇烈攪拌下滴入A中，得二氧化鈦溶膠； d.采用噴涂或浸潰提拉的方式將二氧化鈦溶膠負載在載體上，并自然干燥； e.干燥后的薄膜放入250°C 650°C的馬弗爐中，在空氣氣氛條件下焙燒O.5 3h，即制得納米二氧化鈦薄膜。
2.根據權利要求I所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于步驟a中的醇類分散劑為無水乙醇或異丙醇。
3.根據權利要求I所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于步驟b中的酸抑制劑為鹽酸或硝酸。
4.根據權利要求I所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于步驟d中的載體包括不規則形狀金屬載體、光滑平整的硅質載體、顆粒狀或纖維載體。
5.根據權利要求4所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于所述的不規則形狀金屬載體為泡沫金屬片和金屬網絲，采用噴涂方式鍍膜。
6.根據權利要求4所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于所述的光滑平整的硅質載體為玻璃片、陶瓷片或硅片中的一種，采用浸潰提拉涂膜方式鍍膜或旋轉鍍膜。
7.根據權利要求4所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于所述的顆粒狀或纖維載體為玻璃球、海砂、分子篩顆粒和活性碳纖維中的一種，采用浸潰過濾方式鍍膜。
8.根據權利要求I所述的納米二氧化鈦化合物的制備方法，其特征在于步驟d、e用如下步驟替代 將上述步驟a、b、c獲得的二氧化鈦溶膠自然蒸發變成凝膠，再后用紅外燈低溫烤干，研磨成粉末，然后在250°C 650°C的馬弗爐中焙燒I 3h，即獲得納米二氧化鈦粉末。
全文摘要
本發明提供了一種納米二氧化鈦化合物的制備方法，包括將鈦酸丁酯于劇烈攪拌下滴加到醇類分散劑中得到淺黃色透明溶液A；把酸抑制劑與水和醇類分散劑混合得溶液B；再把B于劇烈攪拌下滴入A中，得二氧化鈦溶膠；采用噴涂或浸漬提拉的方式將二氧化鈦溶膠負載在載體上，并自然干燥；干燥后的薄膜放入250℃～650℃的馬弗爐中，在空氣氣氛條件下焙燒0.5～3h，即制得納米二氧化鈦薄膜。采用本發明制備的二氧化鈦材料具有較小的晶粒尺寸，較大的比表面積和較高的催化氧化活性，可以用作催化材料、殺菌材料，納米二氧化鈦薄膜還具有自清潔的功能。
文檔編號C01G23/053GK102786088SQ201210323388
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者劉秀華, 孟丹, 王和義, 鄧義 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學研究所