一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法

摘要

一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，将二氧化钛溶胶加入到微波辐照器的蛇形管中，并在0.1～4MPa的压力下于50～300℃微波辐照0.5～4h完成二氧化钛溶胶的微波辐照改性。该方法反应时间短、成本低、能耗低、可连续制备，适合工业化生产；经改性后的二氧化钛溶胶的结晶温度低、胶粒尺寸小及分布窄、成膜性能优的二氧化钛溶胶。

权利要求

1.一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，其特征在于：将二氧化钛溶胶加入到微波辐照器的蛇形管中，并在0.1～4MPa的压力下于50～300℃微波辐照0.5～4h完成二氧化钛溶胶的微波辐照改性；

其中二氧化钛溶胶是采用以下方法配制的：将钛盐和螯合剂以(1:1)～(1:20)的摩尔比混合，然后于20～80℃搅拌1～10h，接着向形成的混合体系中滴加去离子水，继续搅拌1～10h，制成二氧化钛溶胶，所述的钛盐包括钛酸丁酯、钛酸异丙酯、氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛中的一种或多种，螯合剂包括乙二胺四乙酸、乙酰丙酮、乳酸、尿素、三乙醇胺、过氧化氢中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，其特征在于：所述的二氧化钛溶胶的浓度为0.001～3mol/L，pH值不大于11。

3.根据权利要求1所述的二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，其特征在于：所述的二氧化钛溶胶加入到微波辐照器的蛇形管中的速率为10-100L/min。

4.根据权利要求1所述的二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，其特征在于：所述的微波辐照的时间是通过溶胶流速进行控制的。

说明书

一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法

技术领域

[0001] 本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法。

背景技术

[0002] 二氧化钛作为一种重要的无机功能材料，因其具有良好的光催化性、高介电性、耐候性、以及耐腐蚀性备受关注。因此，制备出纯度高、结晶度好、均匀致密、性能稳定的纳米二氧化钛薄膜是其优异性能得以实现和付诸应用的前提。目前，制备纳米二氧化钛薄膜的一般方法有水热合成法、气相沉淀法、电化学法、以及溶胶-凝胶法等，其中溶胶-凝胶法以易控制、副反应少、工艺操作简单等特点，近年来被广泛采用。但该方法制备的胶粒分散性差、胶粒间易团聚、结晶温度高，所制薄膜在干燥和热处理过程中极易出现裂纹以及与载体结合弱等缺陷。因此，有必要对溶胶-凝胶方法进行改性，以制备出性能优异的二氧化钛纳米粉体或纳米薄膜。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种二氧化钛溶胶的微波辐照改性方法，经该方法改性的二氧化钛溶胶的结晶温度低、胶粒尺寸小及且尺寸分布窄、成膜性能优。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：将二氧化钛溶胶加入到微波辐照器的蛇形管中，并在0.1～4MPa的压力下于50～300℃微波辐照0.5～4h完成二氧化钛溶胶的微波辐照改性。

[0005] 所述的二氧化钛溶胶的浓度为0.001～3mol/L，pH值不大于11。

[0006] 所述的二氧化钛溶胶是采用以下方法配制的：将钛盐和螯合剂以(1:1)～(1:20)的摩尔比混合，然后于20～80℃搅拌1～10h，接着向形成的混合体系中滴加去离子水，继续搅拌1～10h，制成二氧化钛溶胶。

[0007] 所述的钛盐包括钛酸丁酯、钛酸异丙酯、氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛中的一种或多种。

[0008] 所述的螯合剂包括乙二胺四乙酸、乙酰丙酮、乳酸、尿素、三乙醇胺、过氧化氢中的一种或多种。

[0009] 所述的二氧化钛溶胶加入到微波辐照器的蛇形管中的速率为10-100L/min。

[0010] 所述的微波辐照的时间是通过溶胶流速进行控制的。

[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0012] 1、本发明采用微波辐照技术对二氧化钛溶胶进行改性，由于二氧化钛溶胶中含有的二氧化钛分子通常情况下呈杂乱无章的运动状态，当进入微波辐照器的蛇形管中后，微波磁控管辐射出频率为2.45GHz的微波，二氧化钛分子在微波的“热效应”(又称无温度梯度的“体加热”)作用下，不断变换的微波场使二氧化钛分子发生定向排列和偏转，产生相互碰撞、摩擦、挤压，从而使二氧化钛分子动能转变成热能，实现分子水平上的均匀加热。

[0013] 2、二氧化钛分子还在微波的“非热效应”(主要来自微波辐射场直接作用于反应分子和离子的洛伦兹力)作用下，对二氧化钛溶胶分子中未成对电子的自旋方式和氢键缔合度进行影响，并通过在二氧化钛分子中储存微波能以改变二氧化钛分子间微观排列及相互作用等方式来影响化学反应的焓或熵，从而改变反应历程、降低反应活化能、加快合成速度、诱导催化、提高平衡转化率、减少副产物。因此，本发明采用微波辐照技术对二氧化钛溶胶进行改性以实现二氧化钛溶胶实现致密化，同时大幅降低二氧化钛溶胶的结晶温度，使二氧化钛溶胶干燥后经过350-550℃热处理20-200min条件下形成锐钛矿型的结晶特征，胶粒尺寸小(5-20nm)及且尺寸分布窄(偏差1-2nm)。

[0014] 3、本发明实施设备简单、生产周期短，成本低，对环境友好。

具体实施方式

[0015] 实施例1：

[0016] 1)将钛酸丁酯按1:6的摩尔比加入到乙酰丙酮中，在60℃下剧烈搅拌5h，然后滴加去离子水，继续搅拌3h，制成浓度为0.3mol/L，pH值为5的二氧化钛溶胶；

[0017] 2)将二氧化钛溶胶以30L/min的速率流入到微波辐照器的蛇形管中，通过控制溶胶流速保证溶胶的微波辐照时间在1h，同时通过微波功率调整保证溶胶的温度在200℃，通过压力阀的调整保证压力在1MPa。

[0018] 经过本实施例改性过的二氧化钛溶胶胶粒尺寸只有20纳米。

[0019] 实施例2：

[0020] 1)将钛酸异丙酯按1:1的摩尔比加入到乙二胺四乙酸中，在80℃下剧烈搅拌1h，然后滴加去离子水，继续搅拌5h，制成浓度为2mol/L，pH值为7的二氧化钛溶胶；

[0021] 2)将二氧化钛溶胶以100L/min的速率流入到微波辐照器的蛇形管中，通过控制溶胶流速保证溶胶的微波辐照时间在0.5h，同时通过微波功率调整保证溶胶的温度在100℃，通过压力阀的调整保证压力在4MPa。

[0022] 实施例3：

[0023] 1)将钛盐按1:10的摩尔比加入到乳酸中，在40℃下剧烈搅拌8h，然后滴加去离子水，继续搅拌1h，制成浓度为0.01mol/L，pH值为3的二氧化钛溶胶；其中，钛盐由质量比为3：1的氯化钛和硫酸氧钛混合而成

[0024] 2)将二氧化钛溶胶以10L/min的速率流入到微波辐照器的蛇形管中，通过控制溶胶流速保证溶胶的微波辐照时间在4h，同时通过微波功率调整保证溶胶的温度在50℃，通过压力阀的调整保证压力在0.1MPa。

[0025] 实施例4：

[0026] 1)将硫酸钛按1:20的摩尔比加入到螯合剂中，在20℃下剧烈搅拌10h，然后滴加去离子水，继续搅拌6h，制成浓度为0.001mol/L，pH值为11的二氧化钛溶胶；其中，螯合剂由质量比为1：1的三乙醇胺和过氧化氢组成。

[0027] 2)将二氧化钛溶胶以60L/min的速率流入到微波辐照器的蛇形管中，通过控制溶胶流速保证溶胶的微波辐照时间在3h，同时通过微波功率调整保证溶胶的温度在300℃，通过压力阀的调整保证压力在2MPa。

[0028] 实施例5：

[0029] 1)将硫酸钛按1:20的摩尔比加入到尿素中，在50℃下剧烈搅拌3h，然后滴加去离子水，继续搅拌10h，制成浓度为0.005mol/L，pH值为11的二氧化钛溶胶；其中，螯合剂由质量比为1：1的三乙醇胺和过氧化氢组成。

[0030] 2)将二氧化钛溶胶以60L/min的速率流入到微波辐照器的蛇形管中，通过控制溶胶流速保证溶胶的微波辐照时间在2h，同时通过微波功率调整保证溶胶的温度在200℃，通过压力阀的调整保证压力在0.8MPa。

[0031] 本发明能够减少二氧化钛溶胶反应时间，减少二氧化钛胶粒尺寸，降低二氧化钛胶粒尺寸分散性，降低二氧化钛结晶温度，改善二氧化钛成膜性能。其主要特征是通过微波的“热效应”和“非热效应”，实现对二氧化钛溶胶在分子水平上的加热和力作用，降低反应活化能、提高形核率、加快合成速度、增加平衡转化率、减少副产物。经改性后的二氧化钛溶胶的结晶温度低、胶粒尺寸小及分布窄、成膜性能优的二氧化钛溶胶。