[發明專利]單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法

無效

• 申請號: 201110198643.8
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102874867A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 只金芳;吳良專
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明屬于無機金屬氧化物單分散微球的制備工藝，尤其是涉及單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法。

背景技術

單分散二氧化鈦作為功能性的無機材料，在涂料、催化、光電轉換、電子油墨、功能陶瓷等諸多領域具有廣泛的應用前景，它一直是相關功能材料領域研究的重點。

材料的性能不僅與其組成及基本結構相關，也與其形貌密切相關，因此，可控制備特定形貌的功能材料的技術及工藝也成為相關功能材料應用領域的關鍵問題。

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建光子晶體材料的理想材料。同時，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則的產物。如TiCl₄在空氣中即可水解，在軍事上被用作煙霧彈。形貌規則且均一的鈦基單分散亞微米級微球的制備一直是研究和應用的重點問題。

通常情況下，制備單分散樣品，通常需要一個可控速率的反應過程。雖然Matijevic(M.Visca，E.Matijevic，J.Colloid?Interface?Sci.1979，68，308.)在1970年代就報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主要缺陷在于無法獲得粒徑均一的單分散微球：如Matijevic所報道的結果實際上是粒徑分布在1～4μm的產物。基于上面所提及的鈦離子的強烈水解性，一般認為無法通過水基反應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反應速率可控的反應過程，目前相關文獻及專利報道主要依靠對水解反應前驅體的改性及溶劑的調整，以降低反應速率從而達到可控制備的目的。例如，夏育南(X.Jiang，T.Herricks?and?Y.Xia，Advance?Materials，2003，15，1205-1209)等人報道了可以通過修飾水解前驅體制備粒徑可控的納米二氧化鈦產品。然而，這類方法的主要缺點在于前驅體及溶劑的價格昂貴、水解過程使用大量的有機溶劑會造成環境污染、由于水解工藝流程的限制，使得其難以放大生產。水相過程以其環保、價格低廉及易于放大工藝規模制備重新得到了廣泛的重視，因此，如何克服鈦離子的強水解性以得到速率可控的反應過程成為了相關技術及工藝的難點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法；通過在0℃條件下，在過氧化鈦水溶液中加入還原劑，進行陳化至體系為白色乳液狀，燒結，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試劑，成本低廉，工藝可操作性強，適用于批量生產。

為解決上述技術問題，本發明提供一種單分散亞微米二氧化鈦微球的制備方法，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℃條件下進行陳化直至體系為白色乳狀液，燒結，得到單分散亞微米二氧化鈦微球。

進一步地，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1～8∶1。

進一步地，所述正鈦酸沉淀是通過將鈦液加堿中和至pH為5～11，或將鈦液稀釋水解，或將鈦液加熱水解得到的。

進一步地，所述鈦液是將硫酸鈦水解，

或將硫酸亞鈦水解，

或將硫酸氧鈦水解，

或用濃度為70～98％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量比為1∶2，

之后再經過濾，除去不溶性礦渣，冷凍重結晶，過濾，除去雜質，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、偏鈦酸錳、正鈦酸錳、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試劑。

進一步地，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1～5∶1。

進一步地，所述陳化是將混合溶液在0～20℃恒溫條件下進行陳化。