[發明專利]一種以鋅鈦類水滑石為前軀體制備納米正鈦酸鋅尖晶石的方法

有效

• 申請號: 201210485353.6
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102963925A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉建強;姜海輝;宋箭葉;冷明哲;覃耀慰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及納米正鈦酸鋅尖晶石的制備方法，尤其涉及以鋅鈦類水滑石為前軀體制備納米正鈦酸鋅（Zn₂TiO₄）尖晶石的方法。

背景技術

正鈦酸鋅尖晶石是一種被廣泛應用的無機非金屬材料，最早主要是用作白色顏料或涂料，后來發現鈦酸鋅在高溫脫硫吸附劑、微波介電陶瓷、催化劑載體及紫外屏蔽等領域具有重要的應用潛力。目前制備該類尖晶石的方法主要有陶瓷法，溶膠-凝膠法，液相沉積法等。陶瓷法需要較高的煅燒溫度，不利于生產和節能；煅燒時產物容易團聚，整體均勻性差，比表面積小。溶膠-凝膠法一般使用昂貴的金屬醇鹽作為反應起始物，使得制備的成本較高，且煅燒過程較為危險，需要相應的保護措施，對環境的影響大。液相沉積法具有易于控制，設備簡單，制備成本低的特點，但由于各組分沉淀速度和沉淀平衡濃度積不可避免的存在差異，易導致組分的偏離和化學均勻性部分喪失。

目前，利用鋅鈦類水滑石為前軀體來制備納米正鈦酸鋅尖晶石，未見報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種以鋅鈦類水滑石為前軀體制備納米正鈦酸鋅尖晶石的方法，解決傳統陶瓷方法中反應不完全，產物組分均一性差等問題；本發明方法中，利用金屬無機鹽為反應物，克服了溶膠-凝膠法中制備成本高，煅燒危險和環境不友好等不利因素；本發明方法中，前軀體利用尿素水解法制備，避免了液相沉積法沉淀速度存在差異和各組分均勻性差的缺點。

本發明的技術方案如下：

一種以鋅鈦類水滑石為前軀體制備納米正鈦酸鋅尖晶石的方法，該方法包括如下步驟：

（1）鋅鈦類水滑石前驅體的制備

按Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩爾比為2~4、CO(NH₂)₂：(Zn²⁺+Ti⁴⁺)的摩爾比為3～6，首先量取液態四氯化鈦溶解于去離子水中，然后稱取固態二價鋅鹽和固態CO(NH₂)₂溶解于四氯化鈦溶液中得到混合鹽溶液，使混合鹽溶液中二價鋅鹽濃度為0.07~0.48mol/L；將所述的混合鹽溶液轉移到三口瓶中，70℃～110℃加熱并不斷攪拌6～24小時，保持70℃～110℃溫度下靜置3～48小時后冷卻到室溫，過濾并用去離子水沖洗，將濾餅在60℃～80℃下干燥6～24小時，研磨得到鋅鈦類水滑石前驅體晶粒狀粉體；

（2）納米正鈦酸鋅尖晶石的制備

當步驟（1）中混合鹽溶液中Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩爾比為2時，將所得到的鋅鈦類水滑石前驅體置于馬弗爐中，以3～15℃/分鐘的速度升溫至600～1000℃，煅燒1～5小時，隨爐溫自然冷卻到室溫，即得本發明純相的納米正鈦酸鋅尖晶石粉體；

或者，當步驟（1）中混合鹽溶液中2＜Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩爾比≤4時，將所得到的鋅鈦類水滑石前驅體置于馬弗爐中，以3～15℃/分鐘的速度升溫至600～1000℃，煅燒1～5小時，隨爐溫自然冷卻到室溫，得到含ZnO的納米正鈦酸鋅尖晶石粉體；將所得含ZnO的納米正鈦酸鋅尖晶石粉體用摩爾濃度為5～15mol/L的堿溶液在25～35℃處理24～96小時，然后用去離子水洗滌到中性除去高分散的ZnO，即得本發明純相的納米正鈦酸鋅尖晶石粉體。

根據本發明優選的，所述的步驟（1）鹽混合溶液中二價鋅鹽和四價鈦鹽的酸根離子選自Cl^-、NO₃^-或SO₄^2-，二價鋅鹽和四價鈦鹽的酸根離子相同或者不同。

根據本發明優選的，所述的步驟（1）中二價鋅鹽為Zn(NO₃)₂·6H₂O或ZnCl₂。

根據本發明優選的，所述的步驟（1）中混合鹽溶液的加熱溫度為100℃

根據本發明優選的，所述的步驟（1）中混合鹽溶液轉移到三口瓶中后，在70℃～110℃油浴中進行加熱。

根據本發明優選的，所述的步驟（1）中研磨得到的鋅鈦類水滑石前驅體晶粒狀粉體的顆粒粒徑范圍為20~100nm。

根據本發明優選的，所述的步驟（2）中馬弗爐的煅燒溫度為800～900℃

根據本發明優選的，所述的步驟（2）中的堿溶液中的堿是NaOH或KOH。