[发明专利]一种以锌钛类水滑石为前躯体制备纳米正钛酸锌尖晶石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米正钛酸锌尖晶石的制备方法，尤其涉及以锌钛类水滑石为前躯体制备纳米正钛酸锌（Zn₂TiO₄）尖晶石的方法。

背景技术

正钛酸锌尖晶石是一种被广泛应用的无机非金属材料，最早主要是用作白色颜料或涂料，后来发现钛酸锌在高温脱硫吸附剂、微波介电陶瓷、催化剂载体及紫外屏蔽等领域具有重要的应用潜力。目前制备该类尖晶石的方法主要有陶瓷法，溶胶-凝胶法，液相沉积法等。陶瓷法需要较高的煅烧温度，不利于生产和节能；煅烧时产物容易团聚，整体均匀性差，比表面积小。溶胶-凝胶法一般使用昂贵的金属醇盐作为反应起始物，使得制备的成本较高，且煅烧过程较为危险，需要相应的保护措施，对环境的影响大。液相沉积法具有易于控制，设备简单，制备成本低的特点，但由于各组分沉淀速度和沉淀平衡浓度积不可避免的存在差异，易导致组分的偏离和化学均匀性部分丧失。

目前，利用锌钛类水滑石为前躯体来制备纳米正钛酸锌尖晶石，未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以锌钛类水滑石为前躯体制备纳米正钛酸锌尖晶石的方法，解决传统陶瓷方法中反应不完全，产物组分均一性差等问题；本发明方法中，利用金属无机盐为反应物，克服了溶胶-凝胶法中制备成本高，煅烧危险和环境不友好等不利因素；本发明方法中，前躯体利用尿素水解法制备，避免了液相沉积法沉淀速度存在差异和各组分均匀性差的缺点。

本发明的技术方案如下：

一种以锌钛类水滑石为前躯体制备纳米正钛酸锌尖晶石的方法，该方法包括如下步骤：

（1）锌钛类水滑石前驱体的制备

按Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩尔比为2~4、CO(NH₂)₂：(Zn²⁺+Ti⁴⁺)的摩尔比为3～6，首先量取液态四氯化钛溶解于去离子水中，然后称取固态二价锌盐和固态CO(NH₂)₂溶解于四氯化钛溶液中得到混合盐溶液，使混合盐溶液中二价锌盐浓度为0.07~0.48mol/L；将所述的混合盐溶液转移到三口瓶中，70℃～110℃加热并不断搅拌6～24小时，保持70℃～110℃温度下静置3～48小时后冷却到室温，过滤并用去离子水冲洗，将滤饼在60℃～80℃下干燥6～24小时，研磨得到锌钛类水滑石前驱体晶粒状粉体；

（2）纳米正钛酸锌尖晶石的制备

当步骤（1）中混合盐溶液中Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩尔比为2时，将所得到的锌钛类水滑石前驱体置于马弗炉中，以3～15℃/分钟的速度升温至600～1000℃，煅烧1～5小时，随炉温自然冷却到室温，即得本发明纯相的纳米正钛酸锌尖晶石粉体；

或者，当步骤（1）中混合盐溶液中2＜Zn²⁺：Ti⁴⁺的摩尔比≤4时，将所得到的锌钛类水滑石前驱体置于马弗炉中，以3～15℃/分钟的速度升温至600～1000℃，煅烧1～5小时，随炉温自然冷却到室温，得到含ZnO的纳米正钛酸锌尖晶石粉体；将所得含ZnO的纳米正钛酸锌尖晶石粉体用摩尔浓度为5～15mol/L的碱溶液在25～35℃处理24～96小时，然后用去离子水洗涤到中性除去高分散的ZnO，即得本发明纯相的纳米正钛酸锌尖晶石粉体。

根据本发明优选的，所述的步骤（1）盐混合溶液中二价锌盐和四价钛盐的酸根离子选自Cl^-、NO₃^-或SO₄^2-，二价锌盐和四价钛盐的酸根离子相同或者不同。

根据本发明优选的，所述的步骤（1）中二价锌盐为Zn(NO₃)₂·6H₂O或ZnCl₂。

根据本发明优选的，所述的步骤（1）中混合盐溶液的加热温度为100℃

根据本发明优选的，所述的步骤（1）中混合盐溶液转移到三口瓶中后，在70℃～110℃油浴中进行加热。

根据本发明优选的，所述的步骤（1）中研磨得到的锌钛类水滑石前驱体晶粒状粉体的颗粒粒径范围为20~100nm。

根据本发明优选的，所述的步骤（2）中马弗炉的煅烧温度为800～900℃

根据本发明优选的，所述的步骤（2）中的碱溶液中的碱是NaOH或KOH。