[發明專利]一種采用微反應器運用沉淀法制備納米二氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201410108682.8
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103880073A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 郭凱;方正;何偉;歐陽平凱
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬二氧化鈦納米顆粒的制備領域，特別是涉及一種采用微反應器運用沉淀法制備二氧化鈦納米顆粒的方法。

技術背景

TiO₂有很多種晶相，其中最主要的是銳鈦礦相、板鈦礦相和金紅石相；銳鈦礦相和板鈦礦相均屬于亞穩態，經焙燒都可以轉變為穩定的金紅石相。納米級TiO₂以其顆粒尺度的優勢而具有許多超過普通鈦白粉的優點。納米TiO₂顆粒的功能確定了產品的高附加值，而功能在很大程度上取決于產物的形態和結構（包括粒度、晶型等）。小尺度效應、量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應和介電限域效應都是納米顆粒與固體的基本特征。當TiO₂粒徑小于10nm時，光催化反應的量子產率迅速提高，銳鈦礦相TiO₂粒徑為3.8nm時，其量子產率是粒徑為53nm的27.2倍。同時，粒徑越小電荷擴散到表面的時間也越短，使電子和空穴更有效的分離，從而導致納米TiO₂催化活性遠高于普通TiO₂。研究表明，當TiO₂的晶粒尺寸從30nm降到10nm時，其光催化氧化降解苯酚的活性提高了45%左右。

自從1972年Fujishima和Honda等發現TiO₂電極上的水可以發生光催化分解作用開始，科研工作者針對光催化領域做了大量的研究工作。到目前為止，TiO₂在光催化技術方面主要為治理環境污染、光催化制氫抗菌和光電轉換等。除此以外，在光照條件下，納米TiO₂通過表面結構的改變可以使與水的接觸角減少到5度以下，因而具有表面超親水效應，這一特性已被用于建筑物玻璃、鏡子等玻璃表面自清潔和防霧等方面。同時將其填充到其他材料中，除了可以改善其韌性和強度之外，還可以提高材料的耐酸堿性。此外，在涂料和化妝品等領域，納米TiO₂同樣具有廣闊的應用前景。

目前，實驗室制備納米二氧化鈦常用的方法有：溶膠-凝膠法、水熱法、微乳液法、沉淀法、化學氣相沉積法、水解法等。溶膠-凝膠法制備納米顆粒因為產品的純度較高、均勻、合成溫度低、設備簡單等優點，應用較廣，缺點是通常采用的鈦醇鹽價格較高、后期熱處理過程中因凝膠成粉體積收縮劇烈易引起團聚現象的發生。微乳液法可以將納米顆粒的粒度較好地控制在一定的范圍里，使其分布均勻，此外表面活性劑的存在可以在制備納米顆粒的同時對其進行改性，也可以抑制顆粒的聚集，但是后期表面活性劑的存在造成清洗的困難，而且添加表面活性劑造成成本的增加。水熱法制備出來的納米顆粒通常具有團聚較少、粒度均勻、、不需后期熱處理的優點，但是反應時需要高壓高溫，操作復雜。均勻沉淀法可以得到透明度高、分散性好的納米顆粒，但是整個工藝流程復雜，耗時長，成本高。直接水解法一定程度上可以簡化生產流程，降低成本，缺點是產品的粒度形貌不易控制，溶液中因引入較多無機陰離子造成清洗困難。CN101597084A先制備過氧鈦酸溶液（溶膠），再用多元醇稀釋后注射到微反應器中經油浴處理，得二氧化鈦溶膠，再將溶膠與丙酮混合，靜置沉降，離心得到淺白色的納米顆粒，此發明所得納米顆粒小、分布均勻、結晶性好、穩定性好、透明度高，但是原料的制備相對復雜，且使用較多的有機試劑，并且需要采用高溫處理。駱廣生在傳統沉淀法的基礎上引入了膜分散技術，將硫酸鈦和碳酸氫銨分別從分散相入口和連續相入口通過計量泵輸送到膜器中，在膜兩側的壓力差的作用下，將硫酸鈦通過分散膜分散成膜孔尺度的微小液滴，進一步分散到到碳酸氫銨溶液里，使之混合均勻。但是此方法以微孔膜作為相分散的介質，在實驗過程中會出現顆粒堵塞微孔膜，導致清洗困難。

發明內容

針對現如今納米二氧化鈦生產過程中的工藝流程復雜、成本高、顆粒易團聚、粒徑分布不均勻等缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種采用微反應器運用沉淀法合成納米二氧化鈦顆粒的方法，該方法工藝簡單，后處理操作簡單，反應時間短，適合于工業化生產；所得二氧化鈦顆粒小、分布均勻、結晶性好、穩定性好和透明度高；此外不會對微反應器導致堵塞。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種采用微反應器運用沉淀法制備納米二氧化鈦的方法，將含鈦的無機物用無水乙醇溶解，再將無機堿的水溶液與含鈦無機物的乙醇溶液分別同時泵入微通道模塊化反應裝置中，保持停留時間15s-1min，于室溫下進行反應，將反應產物離心，沉淀用蒸餾水洗滌3次，并在真空干燥器中干燥，再在馬弗爐中600℃焙燒2h，得到最終產品納米二氧化鈦。