[发明专利]一种制备多孔球状二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明提供一种制备多孔球状二氧化钛的方法，属于无机材料制备工艺的技术领域。

背景技术

二氧化钛由于其优异的物理化学性质，在催化、传感、储能和太阳能电池等方面均表现出了广阔的应用前景(Journal of Materials Chemistry,2012,22,1969-1976；Advanced Materials,2008,20,195-199)。目前已知的二氧化钛纳米材料有多种形貌，其中多孔球状的二氧化钛纳米材料由于其大的比表面积和孔容积而在环境和能源领域具有卓越的表现。现有技术制备球状二氧化钛多使用模板剂或结构导向剂，甚至需要高温灼烧等步骤。夏幼南等人使用聚苯乙烯(PS)作为模板剂(Advanced Materials,2000,12,206-209)，曾华淳等人使用二氧化硅作为模板剂(Chemistry ofMaterials,2009,21,4811-4823)制备了二氧化钛的球状结构。Rachel A.Caruso等人以异丙醇钛作为前驱物、十六烷基胺作为结构导向剂制备了单分散的球状二氧化钛(Journal of the American Chemical Society,2010,132,4438-4444)。另外，在中国专利CN103623800A和CN101665268A中涉及到了球状二氧化钛的制备，但是都需要将前驱物装入高压反应釜中，并在烘箱内完成反应。在中国专利CN101462768A、CN1749172A和CN1442368A中也涉及到了球状二氧化钛的制备，但是都需要在不同的温度下进行高温煅烧，最终得到目标产物。在中国专利CN103833074A中以钛酸四丁酯和浓盐酸作为反应物，在混合溶剂中回流条件下得到了粒径小于5nm的锐钛矿相二氧化钛纳米粒子。本发明以上述的二氧化钛纳米粒子为前驱物，不需要使用高压反应釜或高温煅烧，只需一步低温加热，最终制得多孔球状二氧化钛。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备多孔球状二氧化钛的方法，使用高浓度的纳米二氧化钛水分散液，经过加热最终制得多孔球状二氧化钛。该方法只需一步加热，简便易行，克服了现有技术需要添加模板剂或使用高压反应釜等繁冗步骤，大大降低了生产成本，能够在低温下得到目标产物。

具体的技术方案如下：

一种制备多孔球状二氧化钛的方法，将锐钛矿相二氧化钛纳米粒子分散于水中，得到浓度为1～30g/L的纳米二氧化钛水分散液；将纳米二氧化钛水分散液搅拌下升温至75～100℃，搅拌下保温1～20天；再自然冷却至室温，得到的产物经分离、干燥，制得多孔球状二氧化钛。

制备多孔球状二氧化钛优选的工艺条件为：所述的纳米二氧化钛水分散液的浓度为5～10g/L；所述的纳米二氧化钛水分散液的搅拌下升温最好在80℃，保温时间最好在1～5天，但不局限于该范围，小于1天或大于5天也可得到多孔球状二氧化钛。

所述的纳米二氧化钛水分散液可以将现有技术的锐钛矿相纳米二氧化钛分散于水中，制得浓度为1～30g/L的纳米二氧化钛水分散液。最好采用下述的制备方法制得纳米二氧化钛水分散液。

所述的纳米二氧化钛水分散液，按如下过程制备：以体积比为环己烷:乙醇＝1:0.5～5的混合溶剂作为反应溶剂，以体积比钛酸四丁酯:浓盐酸＝1:0.22～0.5为反应物，混合溶剂的用量按体积计为钛酸四丁酯的3～10倍；在混合溶剂中加入钛酸四丁酯搅拌均匀，再加入浓盐酸；升温达到沸腾后回流反应10～20小时；在室温下冷却得到单分散的纳米二氧化钛溶液，滴加乙醇至二氧化钛纳米粒子完全沉降，所得产物经乙醇洗涤、离心，直接分散于水中，得到锐钛矿相纳米二氧化钛水分散液；其中按体积比钛酸四丁酯:水＝1:3.3～100。

优选的水的用量按体积比为钛酸四丁酯∶水＝1:10～20。

本发明方法制备的多孔球状二氧化钛，直径分布在100～270nm之间，由小于5nm的二氧化钛纳米粒子组成。其比表面积可达到160m²/g以上，孔径分布在2～3nm。

得到的产物经分离，干燥后，还可以进行烧结；所述的烧结，是在300～400℃下烧结1.5～3小时。一般烧结2小时为好。经烧结后多孔球状二氧化钛的孔径还可进一步增加，催化活性也有所提高。

本发明方法制备的多孔球状二氧化钛能够大大提高二氧化钛的光催化活性，且其光催化活性高于目前市场上广泛使用的德固赛P25型二氧化钛，能够有效地去除水环境中的有机污染。