[发明专利]低温制备金红石型纳米二氧化钛溶胶或粉体的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于制备金红石型纳米二氧化钛溶胶及粉体的合成方法，特别涉及低温制备金红石型纳米二氧化钛溶胶或粉体的合成方法。

背景技术

二氧化钛是很稳定的两性氧化物，室温下几乎不与其它元素和化合物反应，难溶于水、脂肪酸、其它有机物和稀无机酸(HF除外)。由于其良好的性能，在化学化工领域有着广泛的应用。

二氧化钛有三种晶型：金红石、锐钛矿和板钛矿，前两者最为常见。板钛型是不稳定的晶型，在650℃以上即转化成金红石型。锐钛型在常温下是稳定的，但在950℃左右高温下也向金红石型转化，这种转化是渐进的，不可逆的。金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，原子排列紧密，有较高的硬度、密度、介电常数与折射率。

由于锐钛矿与金红石两种晶型不同的物理化学性质，其在实际应用中也有所不同。锐钛矿型二氧化钛主要用做光催化剂，在杀菌、空气净化、表面自清洁、有机及无机污水处理等方面；金红石型二氧化钛在紫外屏蔽剂、红外吸收和反射材料、隐身材料及增韧增强材料方面有重要的作用。金红石相二氧化钛还广泛应用于高级染料，化妆品等方面，其着色力优于锐钛矿，是常用的白色颜料锌钡白的8倍。在电子工业中，金红石相二氧化钛由于具有很高的介电常数和电阻，被用来制造电容器、压电器件及透明光电陶瓷等。

纳米二氧化钛继承了普通二氧化钛的优点，同时由于颗粒的尺度介于分子、原子与块状材料之间，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的表面效应、量子效应等，使得纳米二氧化钛与普通二氧化钛相比具有一系列特殊的物理化学性质。

由于金红石型二氧化钛是热力学稳定型的，常规的制备方法是：首先在低温下制备出无定形或锐钛矿型二氧化钛，然后再在高温下煅烧转化为金红石型二氧化钛。中国专利CN97120161.7以硫酸钛，硫酸氧钛或偏钛酸为原料，经沉淀、分散，500～650℃预焙解，然后溶解，最后在800～900℃下加热进行晶型转化。此制备工艺复杂，需要高温煅烧才能得到金红石相二氧化钛。最近，科研人员也在寻找不同的途径将金红石型二氧化钛的晶化温度降低，以期能在较低的温度下制备。中国专利CN200510111204.3以四氯化钛和有机添加剂：如以琼脂，聚乙烯醇，羧甲基纤维素纳或聚乙二醇为原料，使四氯化钛在有机添加剂存在下发生水解，经离心分离沉淀，水洗，烘干，再经较低温度200～400℃的煅烧处理，得纳米金红石相二氧化钛。此方法加入有机促进剂，并且也需要在一定温度下煅烧。中国专利CN200410041414.5以湿H₂TiO₃为原料，经沉淀、热碱洗涤、热酸胶溶、105～120℃下烘干得到金红石型纳米二氧化钛。以上方法虽然在较低温度下得到晶化的金红石型二氧化钛，但所得产物皆为二氧化钛粉体，分散使用较不方便。

二氧化钛溶胶作为纳米二氧化钛均匀稳定分散体系，具有广泛的应用前景，可以用于纳米薄膜涂层或高级涂料添加剂。而目前，低温制备金红石型二氧化钛溶胶的方法还未见有报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种低温制备金红石型纳米二氧化钛溶胶或粉体的合成方法，克服已有技术的缺点，避免环境污染，实现常压、低温液相的合成。

本发明的低温制备金红石型纳米二氧化钛溶胶或粉体的合成方法包括以下步骤：

1)复合正钛酸沉淀

将矿化剂溶解于含钛盐的水溶液中，得到掺杂矿化剂的含钛盐水溶液，掺杂矿化剂的含钛盐水溶液中的矿化剂与钛盐的摩尔比优选为0.01～0.1，然后向掺杂矿化剂的含钛盐的水溶液中滴加无机碱溶液至pH值约为5～11，得到复合正钛酸沉淀；或

用水稀释掺杂矿化剂的含钛盐的水溶液，优选将掺杂矿化剂的含钛盐的水溶液稀释到原体积的10～100倍，得到复合正钛酸沉淀；或

加热掺杂矿化剂的含钛盐的水溶液，优选加热温度为50～100℃，得到复合正钛酸沉淀；

2)过氧化氢分散沉淀

用过氧化氢溶液分散步骤1)得到的复合正钛酸沉淀成溶液态，其中H₂O₂∶Ti的分子摩尔比为1～25；

3)调整pH值

用无机酸或无机碱调节步骤2)的复合正钛酸溶液的pH值，根据所需最终产物调节；其中：

用于得到金红石型纳米二氧化钛溶胶，将pH调节为大于1；优选将pH调节为大于1至小于等于6；

用于得到金红石型纳米二氧化钛粉体，将pH调节为小于1；优选将pH调节为大于等于0至小于等于1；

4)制备最终产品