一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法

日期:2019-03-02 15:11:50

专利名称:一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法
技术领域
本发明属于二氧化钛纳米颗粒的制备领域,特别涉及一种两步法制备油溶性锐钛 矿型二氧化钛纳米颗粒的方法。
背景技术
近年来,纳米晶型二氧化钛因为其在染料,化妆品,催化剂以及太阳能电池方面的 巨大价值,受到了广泛的关注。TiO2在吸收等于或大于元Xg的光辐射时,电子由价带跃迁 至导带,产生了电子-空穴对,电子具有还原性,空穴具有氧化性,它们进一步与空气中的 氧气和水结合生成化学性质极为活泼的自由基,从而具有杀菌、除臭、防雾、自清洁、分解有 机物质等功能,把许多难降解的有机物氧化为(X)2和H2O等无机物。光催化产生的自由基 还会破坏细菌的细胞膜,使细胞质流失,进而将细胞核氧化而杀死细菌。并且这些自由基对 反应物几乎无选择性,因而自由基浓度的高低在光催化氧化中起着决定性作用。而纳米材 料由于其小尺寸效应、量子隧道效应、表面效应等,使得纳米材料具有更有于一些块状材料 的性质。纳米粒子的光催化活性要明显优于大颗粒材料,其原因有二 第一,纳米半导体粒 子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级,能隙变宽,导带电位变得 更负,价带电位变得更正,这使纳米半导体粒子获得了更强的氧化还原能力,即更高的催化 活性;第二,对于纳米半导体粒子而言,其粒径的减小使光生载流子可以通过简的扩散从粒 子内部迁移到粒子的表面上而与电子给体或者电子受体发生氧化或还原反应。计算表明, 在粒径为1 μ m的TW2粒子中,电子从内部扩散到表面的时间约为100ns,而当粒径为IOnm 的时候,扩散时间只有10ps,扩散时间大幅减少的直接后果就是电子与空穴之间复合的机 会减少,电荷分离效果增强,从而导致光催化活性的提高。并且纳米Ti02作为光催化材料 具有许多的优点能耗低,反应条件温和,在紫外光照射或暴露在太阳光下发生;反应速度 快,降解过程发生快,一般需要几分钟到几个小时;降解没有选择性,几乎能降解任何有机 物,尤其适合于降解多环芳烃类,多氯联苯类物质。消除二次污染,有机物被彻底降解为ω2 和H2O的优势。纳米Ti02作为新型纺织品自清洁材料,用到一些有机纺丝材料中,作为抗 紫外添加剂添加到油溶性化妆品中,作为光催化剂用于一些有机污染物的催化材料,以及 作为白色颜料,需与一些有机溶剂相混溶,掺人涂料、橡胶、塑料等以改善其性能,这些应用 都需要纳米二氧化钛具有较好的油溶性,以更好的发挥其作为光催化材料、自清洁材料、白 色染料的功能。正因为纳米二氧化钛的应用成为一个研究的热点,纳米二氧化钛制备的研究也 收到了广泛的研究,目前二氧化钛纳米材料的制备方法主要包括以下几种溶胶凝胶模板 法(Matsui, K. ;Mouri, M. ;Koroki, M. ;Kijima, T. Adv. Mater. 2002,14, 309)
(Gui, Ζ. ;Fan, R. ;Mo, W. ;Chen, X. ;Yang, L. ;Zhang, S. ;Hu, Y. ;Wang, Ζ. ;Fan, W. Chem. Mater. 2002,14,5053)、W/0 微乳液法(S. P. Moulik, B. K. Paul. Mechanism of Formation of Titanium Dioxide ultrafine Particles in Reverse Micelles by Hydrolysis of Titanium Tetrabutoxide Advances in Colloid and Inierfaee Science. 199878,99)等诸多方法,但是从以往的合成结果来看,各种方法所制备得到的二氧化钛纳米材料大多都 是亲水性的,而关于亲油性的二氧化钛纳米材料的比较少,因此制备出一种亲油性的二氧 化钛纳米材料会对二氧化钛的应用研究产生积极的作用。周兴平等采用油水界面法成功的合成出油溶性的CdS(周兴平等,东华大学学报 自然科学版,2008,35 ) :441-444),油溶性的SiS。油水界面法具有反应条件温和,操作简 单,粒径可控,产物纯度高,产率高,结晶性好,分散性好,粒径小,光学性能强,成本低,效率 高等优点。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳 米颗粒的方法,该方法简单方便,重复性好,制备出优良的油溶性的二氧化钛超细粉粒径分 布均勻,分散性好,具有良好的应用前景。本发明的一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法,包括(1)室温下,将保护剂和钛源依次溶解到有机溶剂中形成有机相;配制pH为7 11的碱性溶液为水相,将有机相与水相按体积比1 1混合,于80 100°C反应3 证,得 前驱溶胶;(2)将上述前驱溶胶静置,取上层液转移至反应釜中,于140 160°C反应72 84h,加入乙醇洗涤离心干燥,即得。所述步骤(1)中的保护剂为十二胺,浓度为0. 2-0. 6mol/L。所述步骤(1)中的钛源为正钛酸四丁酯,浓度为0. 25mol/L。
所述步骤(1)中的碱性溶液为NaOH水溶液。所述步骤O)中的干燥温度为60°C。有益效果(1)本发明具有简单方便,重复性好,温度要求低、可大量生产、成本低的特点;(2)本发明制备出优良的油溶性的二氧化钛超细粉粒径分布均勻,分散性好,具有 良好的应用前景。


图1是实施例1的工艺流程图;图2是实施例1所得的锐钛矿型二氧化钛的X射线衍射图;图3是实施例1所得的锐钛矿型二氧化钛的紫外吸收谱图;图4是实施例1所得的锐钛矿型二氧化钛的TEM图;图5是实施例2所得的锐钛矿型二氧化钛的TEM图;
图6是实施例3所得的锐钛矿型二氧化钛的TEM图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)配制油相取3. 707g十二胺,在磁力搅拌下,溶解到IOOml环己烷,待十二胺 全部溶解后,加入8. 507ml正钛酸四丁酯,磁力搅拌IOmin ;配制水相配制pHll的氢氧化 钠水溶液100ml。(2)将水相置于250ml三口烧瓶的下层,油相置于三口烧瓶的下层,上层电动搅 拌,下层磁力搅拌,80°C条件下,反应池。(3)反应结束后,将反应液置于梨型分液漏斗静置30min,取上层液20ml转移到 IOOml水热反应釜内,将反应釜置于鼓风干燥箱内,在140°C条件下反应72h。(4)反应结束后,待水热反应釜自然冷却至室温后,乙醇洗涤,离心,反复3次,最 后在鼓风干燥箱内60°C干燥,即得到二氧化钛粉体。方案1制得的二氧化硅纳米粒子的透射电镜图片见图4,由图估算出粒子的平均 粒径约为15nm,分散性能较好。样品的X射线衍射图谱见图2,衍射峰位与锐钛矿型二氧化 钛的标准峰位一致,通过kherrer公式计算所得的粒径大小与TEM图片所得大小相当。样 品的紫外吸收图谱见图3。实施例2(1)配制油相取7. 414g十二胺,在磁力搅拌下,溶解到IOOml环己烷,待十二胺 全部溶解后,加入8. 507ml正钛酸四丁酯,磁力搅拌IOmin ;配制水相配制pHIO的氢氧化 钠水溶液100ml。(2)将水相置于250ml三口烧瓶的下层,油相置于三口烧瓶的下层,上层电动搅 拌,下层磁力搅拌,100°C条件下,反应4h。(3)反应结束后,将反应液置于梨型分液漏斗静置30min,取上层液20ml转移到 IOOml水热反应釜内,将反应釜置于鼓风干燥箱内,在160°C条件下反应84h。(4)反应结束后,待水热反应釜自然冷却至室温后,乙醇洗涤,离心,反复3次,最 后在鼓风干燥箱内干燥,即得到二氧化钛粉体。方案2制得的二氧化硅纳米粒子的透射电镜图片见图5,由图估算出粒子的平均 粒径约为13nm,分散性能较好。实施例3(1)配制油相取11. 121g十二胺,在磁力搅拌下,溶解到IOOml环己烷,待十二胺 全部溶解后,加入8. 507ml正钛酸四丁酯,磁力搅拌IOmin ;配制水相配制pHll的氢氧化 钠水溶液100ml。(2)将水相置于250ml三口烧瓶的下层,油相置于三口烧瓶的下层,上层电动搅 拌,下层磁力搅拌,90°C条件下,反应证。(3)反应结束后,将反应液置于梨型分液漏斗静置30min,取上层液20ml转移到 IOOml水热反应釜内,将反应釜置于鼓风干燥箱内,在150°C条件下反应80h。(4)反应结束后,待水热反应釜自然冷却至室温后,乙醇洗涤,离心,反复3次,最 后在鼓风干燥箱内干燥,即得到二氧化钛粉体。方案3制得的二氧化硅纳米粒子的透射电镜图片见图6,由图估算出粒子的平均 粒径约为12nm,分散性能较好。
权利要求
1.一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法,包括(1)室温下,将保护剂和钛源依次溶解到有机溶剂中形成有机相;配制PH为7 11的 碱性溶液为水相,将有机相与水相按体积比1 1混合,于80 100°C反应3 证,得前驱 溶胶;(2)将上述前驱溶胶静置,取上层液转移至反应釜中,于140 160°C反应72 84h, 加入乙醇洗涤离心干燥,即得。
2.根据权利要求1所述的一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法, 其特征在于所述步骤(1)中的保护剂为十二胺,浓度为0. 2-0. 6mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法, 其特征在于所述步骤(1)中的钛源为正钛酸四丁酯,浓度为0. 25mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法, 其特征在于所述步骤(1)中的碱性溶液为NaOH水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法, 其特征在于所述步骤O)中的干燥温度为60°C。
全文摘要
本发明涉及一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法,包括(1)室温下,将保护剂和钛源依次溶解到有机溶剂中形成有机相;配制pH为7~11的碱性溶液为水相,将有机相与水相混合于80~100℃反应3~5h,得前驱溶胶;(2)将上述前驱溶胶静置,取上层液转移至反应釜中,于140~160℃反应72~84h,加入乙醇洗涤离心干燥,即得。本发明具有简单方便,重复性好,温度要求低、可大量生产、成本低的特点;制备出优良的油溶性的二氧化钛超细粉粒径分布均匀,分散性好,具有良好的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102145920SQ20111009727
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者刘永根, 周兴平 申请人:东华大学


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