[發(fā)明專利]膠凝法生產(chǎn)納米二氧化鈦的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310056703.1
• 申請(qǐng)日: 2013-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN103112889A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭俊懷;耿維銀;趙太林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 郭俊懷
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化鈦的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

納米微粒是指顆粒尺寸為納米數(shù)量級(jí)（1nm-100nm）的粒子體，它的尺寸處在原子簇與宏觀粒子過渡區(qū)間，其結(jié)構(gòu)既不同于普通的宏觀固態(tài)物質(zhì)，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，使其在眾多領(lǐng)域具有及其重要的應(yīng)用價(jià)值。納米二氧化鈦是納米微粒中的一種，除了具有納米粒子的共性外還具有其特殊性。

一、光學(xué)性能及其在涂料方面的應(yīng)用

當(dāng)納米微粒的粒徑小于超導(dǎo)相干波長(zhǎng)、波爾半徑或與電子的德布羅意波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，小顆粒的量子尺寸效應(yīng)十分顯著。與此同時(shí)，大的比表面使處于表面態(tài)的原子、電子與處于小顆粒內(nèi)部的原子、電子的行為有很大的差別，這種表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)對(duì)納米粒子的光學(xué)特性有很大影響，使納米粒子具有與同材質(zhì)的宏觀大顆粒不同的特性。具有了新的光學(xué)特性，納米微粒普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象。納米二氧化鈦對(duì)紫外光具有強(qiáng)吸收作用。紫外線的波長(zhǎng)介于200～400nm之間，由于其能量高，足以破壞有機(jī)化合物分子中的化學(xué)鍵，是導(dǎo)致暴露于日光下涂料老化的直接原因。納米二氧化鈦能吸收屏蔽日光中的紫外線，將其用于涂料中，可以有效地保護(hù)涂料中的有機(jī)分子免受紫外線的侵害，長(zhǎng)久地保持涂料的性能不變。在有機(jī)染料的色漿中加入納米級(jí)二氧化鈦?zhàn)鳛楣獾姆€(wěn)定劑，可使色漿的絢麗色彩得以充分展現(xiàn)。在建筑外墻涂料中，添加適量的納米級(jí)二氧化鈦也可以明顯地提高乳膠漆的耐候性。美國福特公司中心試驗(yàn)室成功地將納米二氧化鈦加入到汽車面漆中，以提高汽車面漆的耐候性、耐劃傷性以及漆膜與金屬表面的附著力。

二、光催化性能及在環(huán)保方面的應(yīng)用

納米微粒在光的照射下，通過把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，促進(jìn)有機(jī)物的合成或使有機(jī)物降解的過程稱為光催化。其基本原理是：當(dāng)納米二氧化鈦粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后，電子便從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了電子――空穴對(duì)，電子具有還原性，正的空穴具有氧化性，空穴與納米二氧化鈦粒子表面的OH^-反應(yīng)，生成氧化性很高的氫氧自由基OH，活潑的OH可以把許多難降解的有機(jī)物氧化成二氧化碳、水等無機(jī)物。如可以降解烴類、鹵代物、羧酸、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷等，氧化降解為二氧化碳、水、氫等無害氣體。據(jù)此可以把納米二氧化鈦制成光催化劑，用于污水處理或消除空氣中有害氣體，如甲醛、笨、甲苯、二甲苯等。納米二氧化鈦粒子中的電子――空穴對(duì)，還能與空氣中的氧和水發(fā)生作用，通過一系列化學(xué)反應(yīng)，形成原子氧（O）和氫氧自由基（OH），這種原子氧（O）和氫氧自由基（OH），具有很高的化學(xué)活性，能與細(xì)菌中的有機(jī)體反應(yīng)，生成二氧化碳和水，從而達(dá)到殺滅細(xì)菌的作用。

三、吸附性能與耐污性

在不同的PH值的水溶液中，納米二氧化鈦粒子可帶有正電荷、負(fù)電荷或呈電中性，而使粒子表面形成的吸附鍵不同，導(dǎo)致吸附性能也不同。當(dāng)納米二氧化鈦粒子暴露在空氣中時(shí)，會(huì)吸附氣體形成吸附氣體層。對(duì)于不同的吸附層，例如，納米二氧化鈦粒子的表面，鈦原子與鈦原子之間通過氧橋鍵連接，這種結(jié)構(gòu)是疏水性的，而在光照射條件下，一部分氧橋鍵脫離納米二氧化鈦的表面形成空位，此時(shí)，水吸附在氧空位上成為化學(xué)吸附水（表面的羥基），當(dāng)停止光照時(shí)，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧取代，重又回到疏水狀態(tài)。據(jù)此，當(dāng)在自然狀態(tài)下，常有大量的塵土、酸、鹼性物質(zhì)等附著在物體的涂料表面，引起涂料的老化退色。但是加入了納米二氧化鈦材料改性后的涂料，其表面出現(xiàn)強(qiáng)烈的“疏水性”，使水中的各種雜質(zhì)不會(huì)沾到涂料表面，減輕了污水等對(duì)涂料的侵害，從而提高了涂料的耐污性。

此外，納米二氧化鈦還具有體積效應(yīng)，由此引出的對(duì)電磁波屏蔽和對(duì)微波的吸收功能。其他性質(zhì)包括光電致色效應(yīng)、隨角閃色效應(yīng)等，因而可在電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景！

也可以根據(jù)市場(chǎng)需求情況，對(duì)生產(chǎn)納米二氧化鈦的技術(shù)做適當(dāng)改造，可生產(chǎn)納米級(jí)復(fù)合鐵鈦粉，用作替代含有鉛會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，必須被淘汰的紅丹顏料的替代品。其防銹性能超過紅丹漆數(shù)倍。還可以在納米二氧化鈦表面包覆摻雜銻的二氧化錫導(dǎo)電層，形成無機(jī)導(dǎo)電粉體具有抗靜電、導(dǎo)電、屏蔽電磁波等功能，可用于航空、電子、汽車、軍事等領(lǐng)域。

總之納米二氧化鈦應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，具有極大的開發(fā)價(jià)值。

生產(chǎn)納米二氧化鈦分為氣相法、固相法、液相法。氣相法條件苛刻，成本高；固相法主要是依靠物理粉碎，粒度大小、分布不易控制；液相法主要為溶膠-凝膠法，原料成本也高。

發(fā)明內(nèi)容