[发明专利]由硫酸钛制备硫酸钡多孔微球和二氧化钛纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工新材料领域，涉及一种硫酸钡微球和单分散二氧化钛纳米粒子的制备方法，具体地说，是涉及一种以硫酸钛为原料制备硫酸钡多孔微球和单分散二氧化钛纳米粒子的液相制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种光催化剂在环境保护领域中有着广阔的应用前景，是目前研究得最多的半导体光催化剂。近年来对纳米二氧化钛的制备研究也相当深入和广泛。例如，中国专利CN 101597083A 公开了一种单分散纳米二氧化钛的制备方法，该方法以钛酸酯为前驱体，在表面活性剂存在下，乙醇中进行溶剂热反应锐钛矿型纳米二氧化钛。中国专利CN 101073769A公布了一种水蒸气水解法制备纳米二氧化钛的方法，该方法利用四氯化钛在乙醇溶液中的水解反应来制备二氧化钛纳米粒子，经焙烧后得到晶二氧化钛。需要注意的是，现有制备方法中大都使用有机金属钛前驱物或难操作的无机四氯化钛，而且还要使用有机溶剂，制备成本高。

硫酸钡是一种重要的无机材料，广泛应用于各种涂料、油漆、油墨、医药合成化工、橡胶、塑料、造纸、陶瓷、纺织、化妆品等领域。但由于其比重高的特点，而使其应用性能受到限制。

目前，硫酸钡粉体主要的发展趋势是其颗粒的细微化和结构形态的多样化，以满足不同行业的特殊需要。制备硫酸钡细微颗粒的方法主要有微乳液法、络合法、微反应器法、超重力法等。例如，中国专利CN1398789A公布了一种纳米硫酸钡的制备方法，以氯化钡和EDTA溶液为原料，将二者混合使Ba²⁺离子与EDTA络合，在一定pH下加入Na₂SO₄溶液进行反应，得到纳米硫酸钡产品。中国专利CN102167386 A公开了一种利用液相错流剪切的微孔分散法制备硫酸钡纳米颗粒的方法。中国专利CN101423239 A 公布了一种利用高速旋转的旋转液膜反应器制备纳米硫酸钡的方法。但所制备的硫酸钡纳米粉体还存在因团聚而使比表面积变小、工艺复杂、所得形貌难以控制等缺点，难以满足当前市场对硫酸钡粉体越来越多的特殊性能（如轻质、吸噪等）的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中所得硫酸钡样品的工艺过程复杂，反应条件较苛刻，粉体微结构单一等问题，以及现有纳米二氧化钛制备技术中使用金属有机钛酸酯和有机溶剂等问题，提出了一种工艺相对简单、反应条件较温和，利用无机硫酸钛制备多孔硫酸钡微球和二氧化钛纳米粒子的方法，充分利用了无机硫酸钛中高价值的钛资源。本发明采用以下技术方案予以实现：

一种由硫酸钛制备硫酸钡多孔微球和二氧化钛纳米粒子的方法，所述方法包括下述步骤：

（1）将硫酸钛、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)溶解于水中，再加入一定量的过氧化氢溶液，得到一定浓度的硫酸钛溶液；

（2）将一定量的氯化钡和聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，得到一定浓度的氯化钡溶液；

（3）将上述两种溶液按一定体积比混合均匀，转移到反应釜中，在一定温度下反应一段时间，然后自然冷却到室温；

（4）将上述反应液离心分离，得到白色沉淀和上清液；

（5）将步骤（4）中获得的沉淀物用水和乙醇重复洗涤后，放入60-80 ℃干燥箱中干燥，得到硫酸钡目标产品；

（6）将步骤（4）中获得的上清液置于高压反应釜中，并加入适量尿素溶解，在一定温度下反应后，自然冷却到室温；

（7） 将步骤（6）中的反应液离心分离，将沉淀用水和乙醇重复洗涤后，放入60-80 ℃干燥箱中干燥，得到二氧化钛目标产品。

其中，在步骤（1）中，聚乙烯吡咯烷酮与硫酸钛的质量比为1:1-1:10，硫酸钛与过氧化氢溶液的摩尔比为1:0-1:10；

其中，在步骤（2）中， 聚乙烯吡咯烷酮和氯化钡的质量比为1:1-1:10；

其中，在步骤（3）中，硫酸钛和氯化钡的摩尔比为1:1，反应温度为150-200 ℃， 反应时间为6-24 h； 

其中，在步骤（4）中，所述离心转速为3000-4000 r/min，离心时间为5-10min；

其中，在步骤（6）中，尿素的浓度为10-20 mmol/L ，反应温度为150-200 ℃， 反应时间为10-24 h；

其中，在步骤（7）中，所述离心转速为6000-8000 r/min，离心时间为5-10min；

本发明的优点在于：所用前驱物为廉价的无机盐硫酸钛，在水溶液中进行反应，制备成本低；该方法所制备的纳米TiO₂颗粒形状均一，分散性好。制备的硫酸钡微球呈多孔结构，分散性好。

附图说明