[发明专利]纳米二氧化钛前驱体的表面改性方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及一种纳米二氧化钛(TiO₂)前驱体的表面改性方法。

[背景技术]

纳米TiO₂表面结构和晶体结构的改变导致其具有量子尺寸效应和表面效应等特性，广泛应用于紫外屏蔽和光催化抗菌等领域。制备纳米TiO₂的方法很多，主要分为气相法和液相法两类。气相法以TiCl₄为原料，将TiCl₄气体在氢氧焰中进行高温水解制得纳米TiO₂，该方法设备要求高、工艺技术较难掌握。液相法又可分为溶胶-凝胶法和水热合成法，溶胶-凝胶法以钛醇盐为原料，生产成本高。因此用水热合成制备纳米二氧化钛简单经济，但该方法中存在纳米二氧化钛前驱体的团聚问题。

[发明内容]

本发明的目的是克服纳米二氧化钛制备过程中的颗粒团聚，防止纳米二氧化钛前驱体在干燥和煅烧工序中发生硬团聚与烧结。本发明以前驱体——水合二氧化钛作为包覆基体，利用非均相成核法在其表面原位包覆无机氧化物膜，制取纳米二氧化钛表面改性的前驱体。具体方法如下：

将正钛酸或偏钛酸颗粒过滤洗涤至无硫酸根，然后用去离子水打浆分散并调整正钛酸或偏钛酸浓度，采用氨水和稀硫酸控制pH值，在加热条件下缓慢滴加一定浓度的包膜剂，经保温熟化后在颗粒表面形成一层铝膜或硅膜，使颗粒表面性质改变，防止因羟基导致的颗粒团聚。进一步经干燥和煅烧，得到Al₂O₃或SiO₂表面包覆改性的纳米TiO₂粉体，并使包覆在纳米TiO₂表面的Al₂O₃或SiO₂呈多孔和无定型状态，不影响纳米颗粒性能。

正钛酸表面改性采用铝酸钠，在70-80℃温度下缓慢滴入正钛酸浆液，并采用氨水和稀硫酸调整pH至6.5-7.5，保温熟化1.5-2.5h，获得Al₂O₃包覆量在5-10％的均匀的包覆层。未包覆正钛酸和包覆量为5％的正钛酸一次粒径均保持在50nm左右，形状为近似球形，但前者团聚严重，后者的分散性明显改善，团聚得到了有效控制。

偏钛酸的表面改性防团聚采用包硅膜或包铝膜。硅包膜时首先将细小偏钛酸过滤洗涤并加入适量去离子水打浆，强力分散30-40min或浆液稀释至TiO₂的浓度为38-42g/L，浆料pH控制在9-10左右，pH值影响SiO₂的沉析速率，决定其是否会在偏钛酸表面均匀生长成膜。然后将浆料加热至75-85℃，按质量比SiO₂/TiO₂为4-6％将0.1mol/L的Na₂SiO₃溶液缓慢滴入偏钛酸浆液中，滴加过程中保证良好的搅拌，pH值、温度保持不变。滴加完后，熟化4-5h。经过滤、洗涤、干燥、煅烧后制得表面包覆多孔状SiO₂的TiO₂粉体。