[發明專利]一種制備單分散金紅石型納米二氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201610705274.X
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106241862B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 董巖;宋立;邵起越;蔣建清
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，涉及一種制備單分散金紅石型納米二氧化鈦的方法。

背景技術

納米級二氧化鈦，顆粒直徑在1nm～100nm廣泛用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、涂料、油漆、精細陶瓷等領域。

納米二氧化鈦主要有銳鈦礦型和金紅石型兩種結晶形態，銳鈦礦二氧化鈦在600℃以上轉變為金紅石型。與銳鈦礦型比較，金紅石型二氧化鈦的介電常數更高、硬度更高、吸濕性較小、耐光耐熱性能也更佳，因此在電子工業及涂料工業的用途更廣泛。金紅石型二氧化鈦的價格也較高，因此常常被用于高檔的產品中，如涂料、油墨、漆木器等高檔水印花都用到金紅石型鈦白粉。

納米二氧化鈦的制備方法有液相水解法、化學沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法等。現有技術可以大量制備出單分散的銳鈦礦型納米二氧化鈦。但是，由于金紅石相的轉變溫度高達600℃，銳鈦礦型二氧化鈦顆粒在高溫煅燒過程中會發生燒結，因而無法制備出單分散的金紅石型納米二氧化鈦。

綜上所述，現有技術均無法避免高溫煅燒過程中銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒之間的團聚和燒結，無法制備出單分散的金紅石型納米二氧化鈦。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種能有效解決高溫煅燒過程中納米二氧化鈦顆粒之間燒結問題，快速簡便，材料成本節省且工序簡單，產率大大提高的穩定制備單分散金紅石型納米二氧化鈦顆粒的方法。

技術方案：本發明的制備單分散金紅石型納米二氧化鈦的方法，包括以下步驟：

1)將可溶性鹽溶解在銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠中；

2)將所述銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠與弱極性溶劑混合，使可溶性鹽以超細納米顆粒狀態析出，并與銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒共同沉淀；

3)將步驟2)得到的沉淀物離心、干燥，在600℃以上、鹽沸點以下煅燒；

4)用去離子水洗掉煅燒產物中的可溶性鹽，干燥后可得金紅石型納米二氧化鈦。

進一步的，本發明方法中，所述銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒的尺寸在1nm～100nm之間。

進一步的，本發明方法中，所述可溶性鹽為氯化鉀、氯化鈉、溴化鉀或溴化鈉。

進一步的，本發明方法中，所述含有可溶性鹽的銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠中，可溶性鹽與銳鈦礦型納米二氧化鈦的質量比≥0.05。

進一步的，本發明方法中，所述弱極性溶劑為丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或叔丁醇。

進一步的，本發明方法中，銳鈦礦型二氧化鈦水溶膠中通常還含有表面活性劑，包括聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、十二烷基氨基丙酸、十二烷基二甲基甜菜堿、明膠或樹膠。

本發明首先配制含有可溶性鹽的銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠，再將該水溶膠與弱極性溶劑混合，使可溶性鹽析出，并與銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠顆粒共同沉淀，將共沉淀物離心、干燥，在600℃以上、鹽沸點以下煅燒，使銳鈦礦型納米二氧化鈦轉變為金紅石型納米二氧化鈦，洗去可溶性鹽，干燥后可得單分散的金紅石型納米二氧化鈦顆粒。在此過程中，可溶性鹽起到隔離作用，可有效避免納米氧化物顆粒在高溫煅燒過程中的團聚和燒結。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明首先制備含有可溶性鹽的銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠，然后將水溶膠與弱極性溶劑混合，使可溶性鹽以細小納米顆粒的狀態從水中析出、并包圍銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒。與此同時水溶膠的穩定性被破壞，因此納米鹽顆粒包裹著銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒同時沉淀。由于銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒被鹽隔離，因此可有效避免納米二氧化鈦顆粒在高溫煅燒過程中的團聚和燒結。將煅燒產物洗滌、干燥后可得單分散的金紅石型納米二氧化鈦顆粒。本發明工藝簡便、成本低、產率高。

本發明方法中的銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠是指將直徑為1-100nm的銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒分散到水中得到的透明膠體溶液，或稱水溶膠。在銳鈦礦型納米二氧化鈦水溶膠中，通常還含有表面活性劑，如聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、十二烷基氨基丙酸、十二烷基二甲基甜菜堿、明膠、樹膠等，使水溶膠更加穩定。