一種納米TiO2單晶材料、其制備方法及用途技術

本發明專利技術涉及一種納米TiO2單晶材料、其制備方法及用途，屬于無機納米材料制備領域。本發明專利技術在較低溫度條件下，通過沉淀-水熱法聯合，制備出粒度分布均一的銳鈦礦型納米TiO2單晶顆粒，其直徑約為30nm。本發明專利技術制備過程簡單、能耗低，所得二氧化鈦材料形貌均一、純度高，具有很好的光催化降解有機物的性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種納米TiO2單晶材料、其制備方法及用途，屬于無機納米材料制備領域，特別涉及一種具有高度均一粒度的納米TiO2單晶材料及其制備方法，以及其在光催化領域的用途。
技術介紹
TiO2作為一種重要的半導體氧化物，自上世紀六十年代以來，以其優異的物化性能被廣泛應用于顏料、涂料、油墨、化妝品、環境污染治理等領域。特別是其優異的光催化與光電性能，使TiO2在光催化和太陽能電池等新興產業中也獲得了大量的應用。TiO2的這些應用與其自身的形貌、尺寸、晶體結構等有著密切的聯系。TiO2常見的晶型有三種板鈦礦、 銳鈦礦和金紅石，其中銳鈦礦TiO2在光催化和太陽能電池等方面表現出優異的性能。尺寸小的TiO2具有較大的比表面積，聞比表面積有助于提聞光的吸收和折射率，有利于反應物在表面的吸附，使TiO2具有更高的光催化活性。為保證TiO2在持續的研究與應用中的性能穩定，合成的TiO2材料應具有晶體結構，且顆粒尺度應保持均一；同時，粒度分布均一的納米TiO2在計量和標準化領域具有非常重要的應用。因此，制備粒度均一的銳鈦礦晶型納米 TiO2材料具有重要的意義。CN 101318128A公開了一種銳鈦礦結構的高光催化活性納米TiO2的制備方法，包括以下步驟(I)稱取鈦金屬有機化合物或鈦的無機鹽溶于冰醋酸制成混合液，將混合液溶于無水乙醇中，得到溶液I ;(2)選取二種或三種模版劑，溶解于無水乙醇，得到溶液2 ；(3)將溶液I和溶液2混合，加入蒸餾水，攪拌，得到澄清溶液，靜置2飛天，形成凝膠，干燥；(4)將干燥物煅燒去除模版劑，得到銳鈦礦結構的高光催化活性納米TiO2，用該專利技術的方法制備的銳鈦礦結構的高光催 化活性納米TiO2其粒徑小于P-25，比表面積大于P-25，具有比 P-25高的光催化活性，可以廣泛應用于光催化、敏化太陽能電池等領域。CN 1312223A涉及一種納米TiO2的生產方法，是選擇可溶于水或有機溶劑金屬鹽類使其溶解，以離子或分子狀態混合均勻，再選擇一種合適的沉淀劑或采用蒸發、結晶、升華、水解等過程，將金屬離子均勻沉淀或結晶出來，再經脫水或解分解制得粉體。目前，納米TiO2材料的制備方法有氣相法和液相法。其中氣相法由于能耗大、成本高及工藝復雜等原因使用范圍較小，液相法則由于能耗與成本相對較低、均勻性好且所需設備簡單等優點得到廣泛的應用。液相法中常用的有化學沉淀法、溶膠-凝膠法、水/醇熱法及微乳液法等，其中，化學沉淀法是一種常用方法。但是，沉淀法制備出的TiO2是無定型的，幾乎不具有光催化活性。為得到晶體TiO2材料，需要進行高溫熱處理。隨著熱處理溫度的提高，納米TiO2顆粒將會發生硬團聚，且比表面積大幅下降。因此，低溫制備納米TiO2 晶體材料具有重要意義。本專利技術利用化學沉淀與水熱合成法聯合，在低溫條件下制備粒度分布均一、銳鈦礦型納米TiO2材料。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種粒度分布均一的銳鈦礦型納米TiO2材料及其制備方法和用途。為達此目的，本專利技術采用以下技術方案本專利技術的目的之一在于提供一種納米TiO2單晶材料的制備方法，所述方法包括以下步驟(I)將TiCl4滴加到氨水溶液中，滴至體系為中性或弱堿性，得到乳狀液；(2)將步驟(I)中的乳狀液固液分離得到沉淀，再將沉淀洗滌至中性；(3)將步驟(2)中的沉淀分散在乙醇、水或乙醇與水的混合體系中，置于反應釜中反應;(4)反應完畢后，將得到的白色乳濁液固液分離，洗滌得到沉淀物，并冷凍干燥，即得·到粒度分布均一的納米TiO2單晶材料。本專利技術步驟(I)所述TiCl4的濃度為O. 05^0. 5mol/L。若濃度過小，使步驟(2)得到的沉淀量相對少且滴加費時，濃度過大則導致體系PH變化過快而使沉淀不均勻。本專利技術所述 TiCl4 的濃度可選擇 O. 051 O. 49mol/L，0. 08 O. 4mol/L，0. 11 O. 34mol/L，0. 16 O. 3mol/ L, O. 23^0. 28mol/L等，皆可用于實施本專利技術，優選O. 1^0. 2mol/L,進一步優選O. 2mol/L。本專利技術所述氨水溶液的濃度為O. 12^0. 8mol/L,例如O. Γθ. 78mol/L, O. 3 O. 6mol/L, O. 33 O. 57mol/L, O. 37 O. 51mol/L, O. 43mol/L 等，進一步優選 O. 2 O. 5mol/ L,最優選 O. 5mol/L。本專利技術步驟(I)中將TiCl4滴加到氨水溶液中，滴至體系為中性或弱堿性，例如pH 值為7. 02、. 5，7. 4、，8 8. 5等，優選滴至體系的pH值為7. 2 9. O，進一步優選pH值為8. O。本專利技術所述步驟(2)中用去離子水將沉淀洗滌至中性。其他能夠將沉淀洗滌至中性的方式也可由本領域技術人員從現有技術中進行選擇。本專利技術所述步驟(3)中乙醇與水的體積比為10:(Γ0:10，其中10:0是指全部為乙醇，0:10是指全部為水，均可用于實施本專利技術。所述體積比優選為10: (Tl: 1，例如9. 9:0. 1， 9. 2:0. 8,8. 5:1. 5,7. 6:2. 4,7:3,6. 2:3. 8,5. 5:4. 5 等，進一步優選 9:1。本專利技術所述步驟(3)中的反應時間為2 18h。反應時間過短，得不到產物；過長，則產品顆粒團聚，分散性比較差。例如2. 01 17. 8h，3 15h，3. 8 14h，5 12. 3h，7. 5 llh，9h等， 進一步優選3 15h，最優選7. 5h。本專利技術所述步驟(3)中的反應溫度為11(T180°C。反應溫度過低，需要延長反應時間才能得到產品且產品的結晶性差；反應溫度過高，產品易團聚，且耗能又不安全。 例如 112 178 V，120 168 V，124 163 V，130 157 V，137 150 °C，146 °C 等，進一步優選 120 150°C，最優選 150。。。本專利技術所述步驟(4)中用乙醇和去離子水洗滌沉淀物。本專利技術所述步驟(4)中冷凍干燥的溫度為-85'40°C，例如-84'41°C，_8f_43°C ，-75 -48 V，-67 -55 °C，-62 -59 V 等，進一步優選-75 -50 V，最優選-60 V。本專利技術步驟(2)與步驟(4)所述的固液分離包括過濾、離心分離、沉淀、重力沉降或離心沉降；優選離心分離。本領域技術人員可以從現有技術中獲知并選擇固液分離的方式，能夠實現將相應體系的固態和液態分離并且不改變其固有性質即可。一種納米TiO2單晶材料的制備方法，所述方法經優化，包括以下步驟(I)將O. Γθ. 2mol/L的TiCl4滴加到O. 2 O. 5mol/L的氨水溶液中，滴至體系pH 值為8. O，得到白色乳狀液；(2)將步驟(I)中的乳狀液離心分離得到沉淀，再用去離子水將沉淀洗滌至中性；( 3 )將步驟(2 )中的沉淀分散在乙醇、水或乙醇與水的混合體系中，置于反應釜中， 在120 150°C下反應3 15h ；(4)反應完畢后，將得到的白色乳濁液離心分離，用乙醇和去離子水洗滌得到的沉淀物并在_75'50°C下冷凍干燥，即得到粒度分布均一的納米TiO2單晶材料。本專利技術的目的之二在于提供本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米TiO2單晶材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：（1）將TiCl4滴加到氨水溶液中，滴至體系為中性或弱堿性，得到乳狀液；（2）將步驟（1）中的乳狀液固液分離得到沉淀，再將沉淀洗滌至中性；（3）將步驟（2）中的沉淀分散在乙醇、水或乙醇與水的混合體系中，置于反應釜中反應；（4）反應完畢后，將得到的白色乳濁液固液分離，洗滌得到沉淀物，并冷凍干燥，即得到粒度分布均一的納米TiO2單晶材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：樸玲鈺，吳志嬌，解英娟，
申請(專利權)人：國家納米科學中心，
類型：發明
國別省市：