單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法。該方法通過在0℃條件下，在過氧化鈦水溶液中加入還原劑，得到的混合溶液進(jìn)行陳化直至體系為白色乳狀液，燒結(jié)，得到單分散亞微米二氧化鈦微球。該方法無需使用昂貴且有害的有機(jī)試劑，成本低廉，工藝可操作性強(qiáng)，適用于批量生產(chǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于無機(jī)金屬氧化物單分散微球的制備工藝，尤其是涉及。
技術(shù)介紹
單分散二氧化鈦?zhàn)鳛楣δ苄缘臒o機(jī)材料，在涂料、催化、光電轉(zhuǎn)換、電子油墨、功能陶瓷等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，它一直是相關(guān)功能材料領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。材料的性能不僅與其組成及基本結(jié)構(gòu)相關(guān)，也與其形貌密切相關(guān)，因此，可控制備特定形貌的功能材料的技術(shù)及工藝也成為相關(guān)功能材料應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。單分散二氧化鈦微球具有均一的形貌，是高性能陶瓷材料的主要原材料。不僅如此，由于二氧化鈦具有較高的折射率，單分散二氧化鈦微球也是用于構(gòu)建光子晶體材料的·理想材料。同時(shí)，由于亞微米的二氧化鈦微球具有良好的白色顯示效果，是用于電子紙材料的理想白色顯示電子墨水。然而，由于鈦離子的強(qiáng)極性，使得其在水溶液體系中的水解通常是劇烈而不可控的，因此很難得到形貌規(guī)則的產(chǎn)物。如TiCl4在空氣中即可水解，在軍事上被用作煙霧彈。形貌規(guī)則且均一的鈦基單分散亞微米級(jí)微球的制備一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)問題。通常情況下，制備單分散樣品，通常需要一個(gè)可控速率的反應(yīng)過程。雖然Matijevic(M. Visca, E. Matijevic, J. Colloid Interface Sci.1979,68,308.)在 1970 年代就報(bào)道了水基的通過熱解硫酸鈦溶液制備二氧化鈦微球的方法，但到目前為止，所有相類似的方法的一個(gè)主要缺陷在于無法獲得粒徑均一的單分散微球如Matijevic所報(bào)道的結(jié)果實(shí)際上是粒徑分布在I 4μπι的產(chǎn)物。基于上面所提及的鈦離子的強(qiáng)烈水解性，一般認(rèn)為無法通過水基反應(yīng)過程獲得單分散二氧化鈦微球。為了解決這一問題從而獲得一個(gè)反應(yīng)速率可控的反應(yīng)過程，目前相關(guān)文獻(xiàn)及專利報(bào)道主要依靠對(duì)水解反應(yīng)前驅(qū)體的改性及溶劑的調(diào)整，以降低反應(yīng)速率從而達(dá)到可控制備的目的。例如，夏育南(X. Jiang,T. Herricksand Y. Xia, Advance Materials，2003，15，1205-1209)等人報(bào)道了可以通過修飾水解前驅(qū)體制備粒徑可控的納米二氧化鈦產(chǎn)品。然而，這類方法的主要缺點(diǎn)在于前驅(qū)體及溶劑的價(jià)格昂貴、水解過程使用大量的有機(jī)溶劑會(huì)造成環(huán)境污染、由于水解工藝流程的限制，使得其難以放大生產(chǎn)。水相過程以其環(huán)保、價(jià)格低廉及易于放大工藝規(guī)模制備重新得到了廣泛的重視，因此，如何克服鈦離子的強(qiáng)水解性以得到速率可控的反應(yīng)過程成為了相關(guān)技術(shù)及工藝的難點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種；通過在o°c條件下，在過氧化鈦水溶液中加入還原劑，進(jìn)行陳化至體系為白色乳液狀，燒結(jié)，便得到單分散亞微米二氧化鈦微球；該方法無需使用昂貴且有害的有機(jī)試劑，成本低廉，工藝可操作性強(qiáng)，適用于批量生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種，包括以下步驟在0°C條件下，在過氧化鈦水溶液中加入還原劑，得到的混合溶液在O 20°C條件下進(jìn)行陳化直至體系為白色乳狀液，燒結(jié)，得到單分散亞微米二氧化鈦微球。進(jìn)一步地，所述過氧化鈦水溶液是將正鈦酸沉淀分散到過氧化氫溶液中；所述正鈦酸沉淀和過氧化氫的摩爾比為Ti H2O2為I 8 I。進(jìn)一步地,所述正鈦酸沉淀是通過將鈦液加堿中和至pH為5 11,或?qū)⑩佉合♂屗猓驅(qū)⑩佉杭訜崴獾玫降摹＿M(jìn)一步地，所述鈦液是將硫酸鈦水解， 或?qū)⒘蛩醽嗏佀猓?或?qū)⒘蛩嵫踱佀猓蛴脻舛葹?0 98 %的硫酸加熱溶解鈦鐵礦或鈦酸類化合物，得到固相沉積物，用水浸取，其中鈦鐵礦或鈦酸類化合物與硫酸的質(zhì)量比為I : 2，之后再經(jīng)過濾，除去不溶性礦渣，冷凍重結(jié)晶，過濾，除去雜質(zhì)，得到鈦液。所述鈦酸類化合物為鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鋁、鈦酸鋅、鈦酸鎳、偏鈦酸猛、正鈦酸猛、鈦酸鉻、偏鈦酸鈷或正鈦酸鈷。所述將鈦液加堿中和，可采用碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水等堿性化學(xué)試劑。進(jìn)一步地，所述還原劑為羥胺、水合肼、檸檬酸、硼氫化鈉中的一種或兩種以上混合物。進(jìn)一步地，所述過氧化鈦水溶液中的過氧根離子與還原劑的摩爾比為I 5 I。進(jìn)一步地，所述陳化是將混合溶液在O 20°C恒溫條件下進(jìn)行陳化。進(jìn)一步地，所述燒結(jié)是將白色乳狀液在溫度為450 600°C條件下燒結(jié)2小時(shí)以上；優(yōu)選地，所述白色乳狀液在2500rpm下離心，得到沉淀物后再進(jìn)行燒結(jié)。進(jìn)一步地,所述單分散亞微米二氧化鈦微球的粒徑為100 500nm。本專利技術(shù)具有以下有益效果I、本專利技術(shù)采用水溶性的鈦過氧化物作為反應(yīng)前驅(qū)體，在水溶液體系中利用還原劑還原鈦過氧化物從而獲得二氧化鈦，將單分散二氧化鈦微球制備的關(guān)鍵步驟從水解過程轉(zhuǎn)換為氧化還原過程，通過簡單的控制體系的反應(yīng)溫度即可控制反應(yīng)速率，從而實(shí)現(xiàn)水相過程制備粒徑分布均勻的二氧化鈦微球材料；2、與文獻(xiàn)報(bào)道的其他制備方法相比較，本專利技術(shù)無需使用昂貴有害的有機(jī)試劑，相對(duì)成本低廉，工藝可操作性強(qiáng)，適用于批量制備，具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性，具有廣泛的應(yīng)用前景。附圖說明圖I為本專利技術(shù)實(shí)施例I制備的亞微米二氧化鈦微球的掃描電鏡圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例2制備的亞微米二氧化鈦微球的掃描電鏡圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例3制備的亞微米二氧化鈦微球的掃描電鏡圖。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例3制備的亞微米二氧化鈦微球的XRD圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例I一種，包括以下步驟用濃度為80%的硫酸加熱溶解鈦鐵礦(質(zhì)量比鈦鐵礦硫酸=I 2)，得到固相沉積物，用水浸取，過濾除去不溶性礦渣，冷凍重結(jié)晶，過濾除去硫酸亞鐵，得到鈦液；用氨水調(diào)節(jié)鈦液的PH值為7，得到正鈦酸沉淀；將經(jīng)過洗滌并過濾的沉淀取IOOg分散于55ml、質(zhì)量濃度為30%的過氧化氫溶液中，得到過氧化鈦水溶液；在0°C冰水浴條件下，向得到的過氧化鈦水溶液中加入19. 2ml、質(zhì)量百分濃度為80%的水合肼水溶液，得到的混合溶液在(TC條件下陳化72小時(shí)，將得到的白色乳狀液在2500rpm離心分離，得到的沉淀于500°C燒結(jié)2小時(shí)，得到粒徑為500nm的單分散亞微米二氧化鈦微球。對(duì)得到的二氧化鈦亞微米氧化物微球進(jìn)行形貌表征，結(jié)果見圖1，可以看出二氧化 鈦分散良好。實(shí)施例2一種，包括以下步驟同實(shí)施例I制得正鈦酸沉淀。取20g正鈦酸沉淀加入10ml、30%過氧化氫溶液溶解；在0°C冰水浴條件下，向得到的過氧化鈦水溶液中加入10ml、質(zhì)量百分濃度為80%的水合肼水溶液，得到的混合溶液在10°C條件下陳化24小時(shí)，得到白色乳狀液；將得到的白色乳狀液在2500rpm離心分離，得到的沉淀于500°C燒結(jié)2小時(shí)，得到粒徑為200nm的單分散亞微米二氧化鈦微球。對(duì)得到的二氧化鈦亞微米氧化物微球進(jìn)行形貌表征，結(jié)果見圖2，可以看出二氧化鈦分散良好。實(shí)施例3一種，包括以下步驟同實(shí)施例I制得正鈦酸沉淀。取20g正鈦酸沉淀加入10ml、30%過氧化氫溶液溶解；在(TC冰水浴條件下，向得到的過氧化鈦水溶液中加入IOml、質(zhì)量百分濃度為80%的水合肼水溶液,得到的混合溶液在20°C條件下陳化12小時(shí)，得到白色乳狀液；將得到的白色乳狀液在2500rpm離心分離，得到的沉淀于500°C燒結(jié)2小時(shí)，得到粒徑為IOOnm的單分散亞微米二氧化鈦微球。對(duì)得到的二氧化鈦亞微米氧化物微球進(jìn)行形貌表征，結(jié)果見圖3，可以看出二氧化鈦分散良好；進(jìn)行X射線粉末衍射分析表征結(jié)果，結(jié)果見圖4。實(shí)施例4一種本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在0℃條件下，在過氧化鈦水溶液中加入還原劑，得到的混合溶液在0～20℃條件下進(jìn)行陳化直至體系為白色乳狀液，燒結(jié)，得到單分散亞微米二氧化鈦微球。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：只金芳，吳良專，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：