制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法

摘要

本发明属于精细化工领域，尤其涉及一种制备小粒径锐钛矿型纳米TiO2的简单方法，其采用乙醇作为钛酸四丁酯或四氯化钛的溶剂，加入碳数为6～20的脂肪酸和蒸馏水，搅拌混合均匀，转移至反应釜中，加热，得到白色粉体的混合溶液，过滤，洗涤，即得目的产物。其中乙醇与钛酸四丁酯或四氯化钛的混合温度为13℃～25℃，搅拌时间为2min～7min，钛酸四丁酯或四氯化钛与乙醇的体积比为7～15:30，蒸馏水的用量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的14%～27%。本发明工艺简单，操作安全，环境污染物少，产品晶粒尺寸极小，质量稳定，油品中的分散性好，适合大规模生产。

权利要求

1.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将7mL钛酸四丁酯与

30mL无水乙醇混合，混合温度为18℃，搅拌时间为5min，得到混合均匀的溶液，加入5 mL的正辛酸和1 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至

180 ℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到8 nm左右的二氧化钛纳米球。

2.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将7mL四氯化钛与

30mL无水乙醇混合，混合温度为20 ℃，搅拌时间为6min，得到混合均匀的溶液，加入5 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到12nm左右的二氧化钛纳米球。

3.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将15mL钛酸四丁酯与

30mL无水乙醇混合，混合温度为17 ℃，搅拌时间为4min，得到混合均匀的溶液，加入12 mL的正辛酸和4 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至

180 ℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到15 nm左右的二氧化钛纳米球。

4.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将10mL四氯化钛与

30mL无水乙醇混合，混合温度为23 ℃，搅拌时间为6min，得到混合均匀的溶液，加入8 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到14 nm左右的二氧化钛纳米球。

5.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将10mL钛酸四丁酯与

30mL无水乙醇混合，混合温度为24 ℃，搅拌时间为7min，得到混合均匀的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至

180℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到10 nm左右的二氧化钛纳米球。

6.一种制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其特征在于：将8 mL钛酸四丁酯与

30 mL无水乙醇混合，混合温度为21 ℃，搅拌时间为5min，得到混合均匀的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h；最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到8 nm左右的二氧化钛纳米球。

说明书

制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备小粒径锐钛矿型纳米TiO2的简单方法，属于精细化工领域。

背景技术

[0002] 纳米技术的发展已经对人类社会产生深远的影响，并且随着人们对纳米技术发展的深入，可以有效的控制纳米材料的合成（如：粒径，形貌等），使得纳米材料能够按照人们的意愿进行设计，并且创造新的体系。

[0003] 二氧化钛无毒，化学性质稳定，常温下几乎不与其他物质发生反应，是一种偏酸性的两性氧化物。锐钛矿型纳米TiO2 具有较好的光催化性能，禁带宽度为3.0 eV，在380 nm紫外光照射下，价带电子能够被激发跃迁至导带，产生空穴。之后，空穴、电子与吸附在二氧化钛表面的H2O产生作用，生成•OH, O2OOH强氧化性基团，这些强氧化性基团能与有机物（醛等）、污染物（有色染料等）、细菌等分解为二氧化碳和水。

[0004] 如今，制备纳米二氧化钛的方法很多，可分类为物理加工法和化学法。物理法是通过简单的机械粉碎来实现对TiO2颗粒的细化，但是此法对粉碎设备要求很高，并且粉碎过程很容易混入杂质，很难制备出超微粒子。化学法主要分为液相法、气相法。气相法是指直接利用气体或采用激光、电子束照射等将原料变为气体或离子体，使得在气体状态下发生化学或物理变化，之后再经冷却、凝结、长大等过程制备微细颗粒的方法，但是气相法生产成本较高。液相法是指反应是在溶液中，通过一定手段形成粒径均一的颗粒，再经热处理得到纳米二氧化钛，并且液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点。液相法主要有沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法等，是目前工业上广泛采用制备微细粉体的方法。

发明内容

[0005] 本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，操作安全，环境污染物少，产品晶粒尺寸极小，质量稳定，油品中的分散性好，适合大规模生产的小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

[0007] 制备小粒径锐钛矿型纳米二氧化钛的方法，其用乙醇作为钛酸四丁酯或四氯化钛的溶剂，加入碳数为6～20的脂肪酸和蒸馏水，搅拌混合均匀，转移至反应釜中，加热，得到白色粉体的混合溶液，过滤，洗涤，即得目的产物。

[0008] 作为一种优选方案，本发明所述乙醇与钛酸四丁酯或四氯化钛的混合温度为13℃～25 ℃；搅拌时间为2 min～7 min；钛酸四丁酯或四氯化钛与乙醇的体积比为7～
15:30；蒸馏水的用量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的14%～27%。

[0009] 进一步地，本发明可使用碳数为8～12的脂肪酸。

[0010] 更进一步地，本发明于反应釜中，加热温度为130℃～180 ℃。

[0011] 更进一步地，本发明于反应釜中，加热时间为13 h～19 h。

[0012] 更进一步地，本发明采用乙醇作为钛酸四丁酯或四氯化钛的溶剂；脂肪酸的用量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的71%～133%，蒸馏水的用量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的14%～27%。

[0013] 本发明采用溶剂热法，钛酸四丁酯或四氯化钛作为TiO2的前驱物，无水乙醇作为溶剂，通过改变制备条件制备粒径平均约为10 nm的二氧化钛粉体材料，运用溶剂热法一步完成。

[0014] 本发明工艺简单，操作安全，环境污染物少，产品晶粒尺寸极小，质量稳定，油品中的分散性好，适合大规模生产。

[0015] 与现有技术相比本发明具有如下特点： 1、本发明所涉及的制备过程是简略的，采用溶剂热法。以钛酸四丁酯或四氯化钛作为制备TiO2的前驱物，乙醇作为有机溶剂，加入脂肪酸和蒸馏水，搅拌混合均匀即可，转移至反应釜中，加热一段时间，得到白色粉体的混合溶液，过滤，洗涤数次，得到纳米TiO2粉末。

[0016] 2、采用本发明方法制备的锐钛矿型纳米二氧化钛具有质量上的绝对优势，通过XRD测试结果可知锐钛矿型纳米二氧化钛的含量为大于99.9 %。

[0017] 3、通过扫描电镜（SEM）测试发现，采用本发明方法制备的锐钛矿型纳米二氧化钛其晶粒形貌均为球状结构，这意味着该二氧化钛具有较大的比表面积。

[0018] 4、通过激光粒度仪测试发现，采用本发明方法制备的锐钛矿型纳米二氧化钛其晶粒平均尺寸为10 nm。采用本办法制备的TiO2纳米材料，工艺简单，操作安全，所得的二氧化钛材料均一且粒径平均尺寸为10 nm。

[0019] 5、通过分散性实验发现，采用本发明方法制备的锐钛矿型纳米二氧化钛可以较长时间（分散性实验用时1个月）的悬浮在液体石蜡油中。

[0020] 本发明具体制备条件如下。

[0021] 1、醇的选择：溶剂为乙醇，与钛酸四丁酯或四氯化钛混合体积比为30:7～15，混合温度为室温（13 ℃左右）。

[0022] 2、有机酸的选择：有机酸选择脂肪酸为酸源，加入量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的71%～133%。

[0023] 3、蒸馏水的用量为钛酸四丁酯或四氯化钛所加入体积的14%～27%；加入水的量不宜过多，水量过多会导致产生白色沉淀，这些沉淀粒径大，不均一。

[0024] 4、搅拌、混合温度和时间：每次搅拌只为混合均匀，混合温度为室温（13 ℃左右），搅拌2min～3 min即可。

[0025] 5、反应的温度和时间：混合液转移至反应釜中，加热温度为130 ℃～180 ℃，加热时间为13 h～19 h。

[0026] 本发明最佳实施方式是。

[0027] 将钛酸四丁酯或四氯化钛与无水乙醇按体积比7～15:30混合，搅拌，得到混合均匀的溶液，加入所用钛酸四丁酯或四氯化钛体积的71%～133%的脂肪酸，以及所用钛酸四丁酯或四氯化钛体积的14%～27%的蒸馏水，蒸馏水不宜过多，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至130 ℃～180℃ ℃，13 h～19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到平均10 nm的二氧化钛纳米球。

附图说明

[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

[0029] 图1为本发明纳米TiO2粉体制备流程图。

[0030] 图2-1为本发明钛酸四丁酯制备纳米TiO2粉体的XRD图像。

[0031] 图2-2为本发明四氯化钛制备纳米TiO2粉体的XRD图像。

[0032] 图3-1为本发明钛酸四丁酯制备纳米TiO2粉体的SEM图像。

[0033] 图3-2为本发明四氯化钛制备纳米TiO2粉体的SEM图像。

具体实施方式

[0034] 实施例1。

[0035] 将7mL钛酸四丁酯与30mL无水乙醇混合，混合温度为18℃，搅拌时间为5min，得到混合均匀的溶液，加入5 mL的正辛酸和1 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到8 nm左右的二氧化钛纳米球。

[0036] 实施例2。

[0037] 将7mL四氯化钛与30mL无水乙醇混合，混合温度为20 ℃，搅拌时间为6min，得到混合均匀的溶液，加入5 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到12nm左右的二氧化钛纳米球。

[0038] 实施例3。

[0039] 将15mL钛酸四丁酯与30mL无水乙醇混合，混合温度为17 ℃，搅拌时间为4min，得到混合均匀的溶液，加入12 mL的正辛酸和4 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到15 nm左右的二氧化钛纳米球。

[0040] 实施例4。

[0041] 将10mL四氯化钛与30mL无水乙醇混合，混合温度为23 ℃，搅拌时间为6min，得到混合均匀的溶液，加入8 mL的正辛酸和1.5 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到14 nm左右的二氧化钛纳米球。

[0042] 实施例5。

[0043] 将10mL钛酸四丁酯与30mL无水乙醇混合，混合温度为24 ℃，搅拌时间为7min，得到混合均匀的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到10 nm左右的二氧化钛纳米球。

[0044] 实施例6。

[0045] 将8 mL钛酸四丁酯与30 mL无水乙醇混合，混合温度为21 ℃，搅拌时间为5min，得到混合均匀的溶液，加入10 mL的正辛酸和2 mL的蒸馏水，室温下搅拌混合均匀即可，将混合溶液转移至反应釜中加热至180 ℃，19 h。最终的产物进行过滤，洗涤数次，干燥，得到8 nm左右的二氧化钛纳米球。

[0046] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。