[發明專利]一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法

有效

• 申請號: 201410834474.6
• 申請日: 2014-12-27
• 公開（公告）號: CN104495858A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 徐友龍;杜顯鋒;王杰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B33/146
• 分類號: C01B33/146
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，具體涉及一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法。

背景技術

二氧化鈦作為一種重要的無機功能材料，因其具有良好的光催化性、高介電性、耐候性、以及耐腐蝕性備受關注。因此，制備出純度高、結晶度好、均勻致密、性能穩定的納米二氧化鈦薄膜是其優異性能得以實現和付諸應用的前提。目前，制備納米二氧化鈦薄膜的一般方法有水熱合成法、氣相沉淀法、電化學法、以及溶膠-凝膠法等，其中溶膠-凝膠法以易控制、副反應少、工藝操作簡單等特點，近年來被廣泛采用。但該方法制備的膠粒分散性差、膠粒間易團聚、結晶溫度高，所制薄膜在干燥和熱處理過程中極易出現裂紋以及與載體結合弱等缺陷。因此，有必要對溶膠-凝膠方法進行改性，以制備出性能優異的二氧化鈦納米粉體或納米薄膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種二氧化鈦溶膠的微波輻照改性方法，經該方法改性的二氧化鈦溶膠的結晶溫度低、膠粒尺寸小及且尺寸分布窄、成膜性能優。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：將二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中，并在0.1～4MPa的壓力下于50～300℃微波輻照0.5～4h完成二氧化鈦溶膠的微波輻照改性。

所述的二氧化鈦溶膠的濃度為0.001～3mol/L，pH值不大于11。

所述的二氧化鈦溶膠是采用以下方法配制的：將鈦鹽和螯合劑以(1:1)～(1:20)的摩爾比混合，然后于20～80℃攪拌1～10h，接著向形成的混合體系中滴加去離子水，繼續攪拌1～10h，制成二氧化鈦溶膠。

所述的鈦鹽包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯、氯化鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦中的一種或多種。

所述的螯合劑包括乙二胺四乙酸、乙酰丙酮、乳酸、尿素、三乙醇胺、過氧化氫中的一種或多種。

所述的二氧化鈦溶膠加入到微波輻照器的蛇形管中的速率為10-100L/min。

所述的微波輻照的時間是通過溶膠流速進行控制的。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、本發明采用微波輻照技術對二氧化鈦溶膠進行改性，由于二氧化鈦溶膠中含有的二氧化鈦分子通常情況下呈雜亂無章的運動狀態，當進入微波輻照器的蛇形管中后，微波磁控管輻射出頻率為2.45GHz的微波，二氧化鈦分子在微波的“熱效應”(又稱無溫度梯度的“體加熱”)作用下，不斷變換的微波場使二氧化鈦分子發生定向排列和偏轉，產生相互碰撞、摩擦、擠壓，從而使二氧化鈦分子動能轉變成熱能，實現分子水平上的均勻加熱。

2、二氧化鈦分子還在微波的“非熱效應”(主要來自微波輻射場直接作用于反應分子和離子的洛倫茲力)作用下，對二氧化鈦溶膠分子中未成對電子的自旋方式和氫鍵締合度進行影響，并通過在二氧化鈦分子中儲存微波能以改變二氧化鈦分子間微觀排列及相互作用等方式來影響化學反應的焓或熵，從而改變反應歷程、降低反應活化能、加快合成速度、誘導催化、提高平衡轉化率、減少副產物。因此，本發明采用微波輻照技術對二氧化鈦溶膠進行改性以實現二氧化鈦溶膠實現致密化，同時大幅降低二氧化鈦溶膠的結晶溫度，使二氧化鈦溶膠干燥后經過350-550℃熱處理20-200min條件下形成銳鈦礦型的結晶特征，膠粒尺寸小(5-20nm)及且尺寸分布窄(偏差1-2nm)。

3、本發明實施設備簡單、生產周期短，成本低，對環境友好。

具體實施方式

實施例1：

1)將鈦酸丁酯按1:6的摩爾比加入到乙酰丙酮中，在60℃下劇烈攪拌5h，然后滴加去離子水，繼續攪拌3h，制成濃度為0.3mol/L，pH值為5的二氧化鈦溶膠；

2)將二氧化鈦溶膠以30L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在1h，同時通過微波功率調整保證溶膠的溫度在200℃，通過壓力閥的調整保證壓力在1MPa。

經過本實施例改性過的二氧化鈦溶膠膠粒尺寸只有20納米。

實施例2：

1)將鈦酸異丙酯按1:1的摩爾比加入到乙二胺四乙酸中，在80℃下劇烈攪拌1h，然后滴加去離子水，繼續攪拌5h，制成濃度為2mol/L，pH值為7的二氧化鈦溶膠；

2)將二氧化鈦溶膠以100L/min的速率流入到微波輻照器的蛇形管中，通過控制溶膠流速保證溶膠的微波輻照時間在0.5h，同時通過微波功率調整保證溶膠的溫度在100℃，通過壓力閥的調整保證壓力在4MPa。

實施例3：