[發明專利]一種納米二氧化鈦的合成方法

在審

• 申請號: 202110791768.5
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113353978A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 段先健;吳春蕾;申士和;李政法;杜海晶;許仕宇;王躍林;王成剛;胡丹
• 申請（專利權）人: 廣州匯富研究院有限公司;湖北匯富納米材料股份有限公司
• 主分類號: C01G23/07
• 分類號: C01G23/07;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州廣典知識產權代理事務所(普通合伙) 44365
• 代理人: 萬志香;曾銀鳳

本發明涉及一種納米二氧化鈦的合成方法。該合成方法包括以下步驟：將反應原料汽化四氯化鈦、助燃氣和氫氣在反應器內混合，所得混合物點燃后進入反應爐進行燃燒反應，反應完后再將所得反應產物輸入脫酸裝置中經與脫酸介質相互對沖進行脫酸，得到納米二氧化鈦；所述脫酸的溫度為280～450℃，所述脫酸的總時間為50～100min；所述反應爐內的溫度為250～450℃。本發明提供得到一種金紅石型包覆銳鈦型納米二氧化鈦，其銳鈦型二氧化鈦占比高，具有高效光催化活性。

技術領域

本發明涉及無機化學領域，特別是涉及一種納米二氧化鈦的合成方法。

背景技術

納米二氧化鈦是一種多晶型結構粉末，在自然界主要有銳鈦型、金紅石型和板鈦型三種結晶形態。其中板鈦型和金紅石型結構都不是穩定的晶型，在高溫下都可以轉化為金紅石型。納米二氧化鈦具有良好的光催化性能，且銳鈦型二氧化鈦催化活性高于金紅石型二氧化鈦，同時銳鈦型和金紅石型混合晶型二氧化鈦具有更好的協同催化活性。因為二氧化鈦具有半導體性質，而銳鈦型TiO₂和金紅石型TiO₂導帶和價帶能級存在一定的差異，當二氧化鈦吸收紫外光后，光電子從金紅石型TiO₂向銳鈦相TiO₂擴散，而空穴則由銳鈦相向金紅石相擴散，即光電子在銳鈦相TiO₂上富集，空穴在金紅石相TiO₂表面聚集，由此減少了電子和空穴復合幾率，使電子—空穴對發生有效分離，提高了TiO₂粒子的光催化活性。

納米二氧化鈦的制備方法可以分為液相法和氣相法兩大類，液相法又可以分為水解法、溶膠-凝膠法、微乳液法、電化學法、水熱法等等，相關專利有ZL97108439.4，ZL00127426.0，ZL01107105.2，ZL200410042556.3等。液相法制備納米二氧化鈦具有一定的優勢，但是在后期干燥和煅燒過程中，容易引起粒子團聚、燒結、以及晶型的轉變，對于粒徑及晶型的控制比較困難。

氣相法制備納米二氧化鈦又有高溫氧化法和高溫水解法，高溫氧化法是利用四氯化硅與氧氣反應，得到納米二氧化鈦；而高溫水解法則是采用四氯化鈦與氫氣和氧氣進行高溫水解，得到納米二氧化鈦。它們的反應機理如下式。

TiCl₄+O₂＝TiO₂+Cl₂

TiCl₄+H₂+O₂＝TiO₂+HCl

高溫氧化法由于副產氯氣，后處理工序復雜，存在安全隱患；高溫水解法尾氣處理相對容易，因此常見的還是高溫水解法。但是，高溫水解法制備納米二氧化鈦容易出現晶型結構較難控制的問題，尤其是針對催化活性前景較好的混合晶型中銳鈦型和金紅石型的比例難以控制，使得現有的氣相法制備的納米二氧化鈦的催化活性難以突破。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種金紅石型包裹銳鈦型混合晶型二氧化鈦的合成方法，其銳鈦型二氧化鈦占比高，具有高效光催化活性。

具體技術方案如下：

一種納米二氧化鈦的合成方法，包括以下步驟：

將反應原料汽化四氯化鈦、助燃氣和氫氣在反應器內混合，所得混合物點燃后進入反應爐進行燃燒反應，反應完后再將所得反應產物輸入脫酸裝置中經與脫酸介質相互對沖進行脫酸，得到納米二氧化鈦；

所述脫酸的溫度為280～450℃，所述脫酸的總時間為50～100min；

所述反應爐內的溫度為250～450℃。

在其中一些實施例中，所述脫酸的溫度為340℃～400℃。