[发明专利]一种载纳米二氧化钛羟基磷灰石的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于技术领域，具体涉及一种载纳米二氧化钛羟基磷灰石的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种白色无毒的氧化物，它主要有板钛矿、锐钛矿和金红石三种结构形态。其中锐钛矿晶型结构的二氧化钛具有光催化活性，尤其是它的粒径降至纳米级的时候光催化效率明显提高，许多研究已经证明，在常温下，锐钛矿二氧化钛可以无选择性地降解大量有机物和一些无机物，但是它的能带带隙（3.2e）较宽，需要吸收小于387nm的紫外光才能激发其光催化活性，而太阳光中只含有约4%的紫外光。二氧化钛光催化降解能力除了与晶型结构有关外，还与颗粒尺寸有关，粒径越小，光催化剂的比表面积越大，单位面积上发生反应的几率增大，光催化活性越大，光催化效率越高。当颗粒粒径在1-10nm时，量子尺寸效应变得明显，带隙变宽，从而提高光生电子和空穴的氧化-还原能力。

纳米级TiO₂直接加入到塑料、橡胶、化纤、化妆品等有机体系中就不易分散，不能发挥纳米TiO₂的特殊性能。所以制备具有高催化能力的锐钛矿型二氧化钛就成为了研究的重点。

为使纳米二氧化钛具有良好的分散性，通常需要对它进行有机表面改性。有机表面改性方法的优点是表面改性不会对颗粒的晶型和制备过程产生影响，改性后的纳米粒子分散性好，不易团聚。

多孔结构的羟基磷灰石表面具有活性羟基，表面具有强吸附性，能被带极性官能团的化合物修饰，通过端羧基类有机物对羟基磷灰石进行表面改性，再将它与经过表面氨基改性的二氧化钛进行反应。

发明内容

 本发明的目的是提供一种含有纳米TiO₂羟基磷灰石的制备方法。

 为达到上述目的，本发明的解决方案是：

    首先将纳米TiO₂进行表面羟基改性，利用纳米TiO₂表面羟基的活性与含有氨基的表面改性剂反应，获得亲有机相的纳米TiO₂。

 对多孔结构羟基磷灰石进行表面羟基改性，利用羟基磷灰石表面羟基的活性与端羧基类有机物反应，获得表面含有羧基的羟基磷灰石。

 将表面含有氨基的纳米TiO₂与表面含羧基的羟基磷灰石按一定比例加入反应，通过纳米二氧化钛表面氨基与羟基磷灰石表面羧基作用，获得载纳米二氧化钛羟基磷灰石。

 本发明提出的载纳米二氧化钛羟基磷灰石的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备表面改性的纳米TiO₂：

 将纳米TiO₂置于三颈瓶内，加入有机溶剂，三颈瓶置超声仪中超声0.1-2h。对表面活性剂进行水解处理，即将表面活性剂、去离子水按1：(0.5-5)的体积比加入到烧杯中，在30-100℃温度下促进表面活性剂水解0.5-3h。将经过水解后的表面活性剂加入三颈瓶中继续超声1-24h，然后磁力搅拌并调温至50-200℃，保温1-24h，减压旋蒸出有机溶剂，将得到的表面改性的纳米TiO₂研磨成细粉状（无明显颗粒状）后，50℃真空烘箱中1-2d烘干，得到表面改性的纳米TiO₂粉末。

（2） 制备表面含有羧基的改性羟基磷灰石：

 取多孔羟基磷灰石置于三颈瓶中，加入经除水的有机溶剂，再加入用有机溶剂溶解后的端羧基化合物，调温至50-200℃，反应1-24h，反应结束后用有机溶剂洗涤抽滤，研磨后真空50℃烘干1-2d，得到表面含有羧基的羟基磷灰石。羟基磷灰石与端羧基化合物的质量比为1：(0.5-5）。

（3） 制备载纳米二氧化钛羟基磷灰石材料：

将步骤(1)制得的改性纳米TiO₂与步骤(2)制得的表面含羧基的羟基磷灰石按1：(0.5-5)的质量比加入三颈瓶，加入有机溶剂，再加入催化剂，改性纳米TiO₂与表面含羧基的羟基磷灰石的质量之和与催化剂的质量比为1：0.1-1：2，升温至50-200℃反应1-24h，结束过抽滤得到最终产物。

本发明中，步骤（1）中所使用纳米TiO₂采用市售产品，其粒径大小在10nm-1000nm。

本发明中，步骤（1）所使用有机溶剂为乙醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮或四氢呋喃等有机溶剂中任一种。

本发明中，步骤（1）所使用的表面活性剂为硅烷偶联剂KH550，单烷氧基钛酸酯偶联剂或异丙基三钛酸酯偶联剂等中任一种。