[发明专利]一种改进水热法制备锐钛型纳米二氧化钛粉体的方法

说明书

本发明属于光催化纳米材料制备领域，尤其涉及一种改进水热法制备锐钛型纳米二氧化钛粉体的方法，主要包括TiCl₄溶液制备、TiOSO₄溶液制备、水热晶化反应和粉体制备的步骤，本方法利用浓硫酸提供强酸环境、采用低温水热晶化的方法制备的纳米TiO₂粉体，通过控制反应溶液的PH值，水热晶化的反应温度及热处理时间控制，可以制备均匀性高、平均粒径≤100nm，晶型稳定的锐钛型纳米TiO₂粉体，提高了产物的光催化活性和活性的稳定性；无需高温处理既避免了高温煅烧带来的团聚物，解决了纳米TiO₂在水中的分散性问题，又降低了对生产设备的要求和能耗，且采用廉价的无机钛盐为原料，工艺简单，可操作性强，对设备要求低，生产成本低，易于大规模的工业化生产和推广。

技术领域

本发明属于光催化纳米材料制备领域，尤其涉及一种改进水热法制备锐钛型纳米二氧化钛粉体的方法。

背景技术

二氧化钛（化学式：TiO₂）具有良好的光催化性、无毒、便宜易得、制备简便、性能稳定、不发生光腐蚀等优点，因此被认为是性能最佳、最有发展前途的光催化剂之一，二氧化钛受到紫外光激发后，电子和空穴得以分离，产生的强烈的氧化还原能力甚至可以打断C-H键，因此用它可以来分解绝大多数的有机物，已被广泛用于环境催化、储能、杀菌、光电池、传感器件等诸多领域。

TiO₂有三种晶型：锐钛矿、金红石和板钛矿。单纯的板钛矿基本没有催化活性，有催化活性的主要是锐钛矿型和金红石型。锐钛矿和板钛矿相是低温相，而金红石相是高温相，锐钛矿型在700-800℃左右会转化为金红石型。锐钛矿型的催化活性比金红石要好，其原因有：①锐钛矿比金红石具有更高的禁带宽度，这就使光激发所产生的电子-空穴对具有更正或更负的电位，因而具有更高的氧化还原能力；②锐钛矿表面具有较强的吸附O₂和·OH等的能力；③在结晶过程中，锐钛矿通常在更低的温度下成相，因而具有较小的颗粒尺寸及较大的比表面积，有利于光催化反应。

随着研究的深入，纳米TiO₂以其良好的化学稳定性，较高的光催化活性，低毒性等诸多优点已被广泛应用于环保、新能源和生物医学等领域，纳米TiO₂的制备方法多种多样，按照物料形态可划分为三大类：固相法、气相法和液相法。液相法有溶胶-凝胶法、水解法、微乳法、沉淀法和水热法等。固相法是指直接用固态物料分解的反应方法或者固-固反应；气相法的本质是合成纳米微粒的原料为气体或反应过程中将原料转化为气体。这两种方法虽然反应效率高，但是对反应器的结构、设备的材质、加热及进料方式均有极高的要求。相比之下，液相法生产的原料成本低、无毒、无危险性、工艺过程简单易控制，更适合大规模工业化生产。其中，水热法因其可以调控各种物理化学因素，能够实现某些无机化合物的形成与改性，即可制备单组分微小晶体，又可生成双组分或多组分粉体，并能很好地克服高温制备带来的硬团聚等不利因素，所得产品纯度高、粒径小、分散性好、团聚少、晶型好、形状可控等优点，成为具有发展前景的制备方法。

但是目前多数水热法是先将钛醇盐与醇类溶剂中混合，再辅以酸性催化剂，得到凝胶型聚合物；将聚合物滤干、洗涤、干燥和适当煅烧后获得锐钛矿型或金红石型纳米二氧化钛粉体，一方面，高温煅烧处理，能耗高，不可避免会出现粉体的硬团聚现象，从而影响粉体的粒径大小，均匀性有待改善；另一方面，高温煅烧时温度尝尝高于800℃，得到的纳米二氧化钛粉体会存在锐钛矿型或金红石型两种晶型，致使钛粉体光催化活性不稳定、不均一。

由此可知，需要对现有水热法进行改进，开发一种可以低温反应即可制备粒径大小可控、均匀性好，晶型稳定的二氧化钛粉体，且能够降低制造成本，适合工业化生产的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种制造成本低廉、适合工业化生产的制备锐钛型纳米TiO₂粉体的方法，利用该方法可以得到粒径均匀可控、晶型稳定单一的纳米二氧化钛粉体。