纳米氧化钛成膜胶体的制备方法.pdf

本发明公开了一种纳米氧化钛成膜胶体的制备方法。其制备方法要点是应用渗析的原理处理钛化合水溶液从而得到纳米氧化钛成膜胶体溶液；将此胶体溶液与氨水反应转变成氢氧化钛，然后加入适量过氧化氢发生热反应得到锐钛矿型纳米氧化钛溶液；真空干燥此锐钛矿型纳米氧化钛溶液可得到粉体，粒度在100nm以下。本制备方法制备成本低，工艺简单，易放大，无环境污染。由本制备方法得到的纳米氧化钛成膜胶体溶液成膜锻烧后、锐态矿氧化钛悬浮液、粉体可应用于分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色、净化大气中的有机物、吸收紫外线的功能。

权利要求书
1、  一种纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于其包括如下步骤：
a：在温度低于30℃并搅拌条件下，配制钛化合物水溶液，钛化合物的浓度为0.001～3mol/L-1；
b：将此钛化合物水溶液渗析，直到pH＞4，即得到纳米氧化钛胶体成膜溶液，其粒度范围为1～100nm。

2、  根据权利要求1所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的纳米氧化钛胶体溶液在温度低于30℃并搅拌条件下，滴加氨水混合反应得到料浆。

3、  根据权利要求2所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的料浆得到氢氧化钛固体，用去离子水洗到水层的电导率不超过100Ms/CM-2。

4、  根据权利要求3所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的洗好的氢氧化钛固体分散在去离子水中，加入过氧化氢溶液，氢氧化钛固体与过氧化氢摩乐比为1∶0.1～2.5，加热到50～150℃，1～20小时以后，冷却到室温，得到锐钛矿型纳米氧化钛溶液，其粒度小于100nm。

5、  根据权利要求4所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的锐态矿型纳米氧化钛在低于150℃条件下真空干燥，得到锐态矿型纳米氧化钛粉体，其粒度小于100nm。

6、  根据权利要求5所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于分别加入相当于氢氧化钛质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂。

7、  根据权利要求6所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。

8、  根据权利要求1所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述钛化合物原料可以是三氯化钛TiCl3、四氯化钛TiCl4、硫酸钛Ti(SO4)2、含氧硫酸钛TiOSO4、氯氧化钛TiOCl2等。

9、  根据权利要求1所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述的纳米氧化钛胶体溶液的浓度调节到0.01～10％，粘度范围1～100mPas。

10、  根据权利要求9所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于应用浸渍提拉法，旋转法或喷涂方法在金属、玻璃或陶瓷等载体上成膜。

11、  根据权利要求10所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于300～600℃温度下烧结得到的具膜载体，烧结时间为0.1～5小时，得到具纳米氧化钛膜的载体。

12、  根据权利要求11所述的纳米氧化钛成膜胶体的制备方法，其特征在于所述纳米氧化钛成膜胶体溶液的制备方法，其特征在于分别加入相当于钛化合物质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂，其中所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。

说明书纳米氧化钛成膜胶体的制备方法
技术领域
本发明涉及的是纳米氧化钛成膜胶体的制备方法。
背景技术
纳米氧化钛问世于20世纪80年代后期。由于其粒径很小、比表面积大、界面原子所占比例大而具有独特的性能。例如：优异的光化学催化作用、紫外屏蔽作用、透明无毒、奇特的颜色效应等、使其一经面世即备受青睐。在汽车工业、防晒化妆品、高级涂料、废水处理、杀菌、环保要、吸附剂及功能陶瓷材料等方面有着广阔的应用前景。
目前有许多文献报导了纳米锐钛矿型氧化钛的制备方法，主要有溶胶凝胶法、气相沉积法、水热氧化法等。这些制备方法各有特点，但它们除有成本高工艺复杂等缺陷外，还有所得到的往往是混晶型或结晶度较差的纳米锐钛矿型氧化钛的不足。这将明显降低纳米氧化钛的功能。
本发明提供了一种成本低、工艺简单的纳米氧化钛成膜胶体溶液、锐态矿型纳米氧化钛悬浮液、粉体的制备方法。
发明内容
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：本发明包括如下步骤：
a：在温度低于30℃并搅拌条件下，配制钛化合物水溶液，钛化合物的浓度为0.001～3mol/L-1；
b：将此钛化合物水溶液渗析，直到pH＞4，即得到纳米氧化钛胶体成膜溶液，其粒度范围为1～100nm。
本发明所述的纳米氧化钛胶体溶液在温度低于30℃并搅拌条件下，滴加氨水混合反应得到料浆。所述的料浆得到氢氧化钛固体，用去离子水洗到水层的电导率不超过100Ms/CM-2；所述的洗好的氢氧化钛固体分散在去离子水中，加入过氧化氢溶液，氢氧化钛固体与过氧化氢摩乐比为1∶0.1～2.5，加热到50～150℃，1～20小时以后，冷却到室温，得到锐钛矿型纳米氧化钛溶液，其粒度小于100nm。
本发明的锐态矿型纳米氧化钛在低于150℃条件下真空干燥，得到锐态矿型纳米氧化钛粉体，其粒度小于100nm。分别加入相当于氢氧化钛质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂。所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。
本发明所述钛化合物原料可以是三氯化钛TiCl3、四氯化钛TiCl4、硫酸钛Ti(SO4)2、含氧硫酸钛TiOSO4、氯氧化钛TiOCl2等。
本发明还可以将所述的纳米氧化钛胶体溶液的浓度调节到0.01～10％，粘度范围1～100mPas。应用浸渍提拉法，旋转法或喷涂方法在金属、玻璃或陶瓷等载体上成膜。于300～600℃温度下烧结得到的具膜载体，烧结时间为0.1～5小时，得到具纳米氧化钛膜的载体。分别加入相当于钛化合物质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂。其中所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。
本发明的具体实施方法：
1  纳米氧化钛成膜胶体溶液的制备，包括如下步骤：
(1)在温度低于30℃并搅拌条件下，配制钛化合物水溶液，钛化合物的浓度为0.01～3mol/L-1。
(2)将此钛化合物水溶液渗析，直到pH＞4，即得到纳米氧化钛胶体成膜溶液，其粒度范围为1～100nm。
其中钛化合物原料可以是三氯化钛(TiCl3)、四氯化钛(TiCl4)、硫酸钛(Ti(SO4)2)、含氧硫酸钛(TiOSO4)、氯氧化钛(TiOCl2)等。
2  锐态矿型纳米氧化钛悬浮液的制备，包括如下步骤：
(1)温度低于30℃并搅拌条件下向由纳米氧化钛成膜胶钵溶液的制备1步骤(2)中得到的纳米氧化钛胶体溶液中滴加氨水混合反应得到料浆(此时所用氨的量与2摩尔倍的将含钛化合物转化为氢氧化钛所需要的氨的化学计量的量相当)。
(2)分离步骤(1)中料浆得到氢氧化钛，用去离子水洗到水层的电导率不超过100Ms/CM-2；
(3)将步骤(2)中洗好的氢氧化钛固体分散在去离子水中，加入过氧化氢溶液，氢氧化钛固体与过氧化氢摩尔比为1∶0.1～2.5，加热到50～150℃，1～20小时以后，冷却到室温，得到锐钛矿型纳米氧化钛溶液，其粒度小于100nm。
3  锐态矿型纳米氧化钛粉体的制备，包括如下步骤：
将锐态矿型纳米氧化钛悬浮液的制备2步骤(3)中得到的锐态矿型纳米氧化钛在低于150℃条件下真空干燥，得到锐态矿型纳米氧化钛粉体，其粒度小于100nm。
当上述纳米氧化钛成膜胶体溶液的制备方法1中得到的纳米氧化钛成膜胶体溶液用于金属、陶瓷、玻璃等基体成膜时，分别加入相当于钛化合物质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂。其中所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。
上述锐态矿纳米氧化钛悬浮液的制备方法2中分别加入相当于氢氧化钛质量一倍到万分之一倍的表面活性剂和增粘剂，其中所述的表面活性剂是羧酸盐、硫酸酯或磷酸盐阴离子表面活性剂或聚乙二醇类或多价醇类表面活性剂。其中所述的的增粘剂是羧甲基纤维素、乙基纤维素、蒙脱石、甲基纤维素或丙烯酸类增粘剂。
本发明中纳米氧化钛成膜胶体溶液可应用于以金属、陶瓷、玻璃等为基材的被覆成膜，然后在300～600C条件下进行热处理，得到有锐态矿型纳米氧化钛膜被覆的金属、陶瓷、玻璃。其具有分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色、净化大气中的有机物。广泛应用于医院、航空航天器械、学校、餐馆、食品加工厂、卫浴厕所、饭店、汽车、室内外、KTV包厢、各种工业制品等。
本发明中锐态矿型纳米氧化钛悬浮液对人体无害，可对多种基质材料(如金属、陶瓷、玻璃、塑料、木、石、纤维、布料、纸张)进行涂布，可与纤维、布料等进行混纺、可与纸浆混合、可与涂料混合制成抗菌自清洁涂料，也可直接制成喷雾剂。锐态矿型纳米氧化钛悬浮液在常温下自然干燥，可维持长久的效果。有分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色、净化大气中的有机物。广泛应用于医院、学校、餐馆、食品加工厂、卫浴厕所、饭店、汽车、室内外、KTV包厢、各种工业制品等。
本发明中锐态矿型纳米氧化态粉体材料可用于制备锐态矿型纳米氧化钛悬浮液、制备成纳米陶瓷、也可接加入到分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色，大气净化等工业制品中。
本发明纳米氧化钛成膜胶体溶液、锐态矿氧化钛悬浮液、粉体的制备方法具有如下优势：
(1)采用地原料价廉易得，因此制备成本低。
(2)工艺简单，易放大。
(3)对环境及人体没有任何有害之处。
(4)锐态矿型纳米氧化钛悬浮液使用时不需高温处理。
(5)锐态矿型纳米悬浮液或粉体粒径小，小于100nm。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不以任何型式限制本发明。
实施例1
在温度低于30℃并搅拌条件下，配制四氯化钛水溶液，浓度为0.05mol/L-1。将此钛盐水溶液渗析，直到pH＞4，即得到纳米氧化钛成膜胶体溶液。加入各0.3毫克/克氧化钛的表面活性剂磷酸钠和增粘剂羧甲基纤维素。应用浸渍提拉法，旋转法或喷涂方法在玻璃或陶瓷等载体上成膜后，在300～600℃温度下烧结0.1～5小时，得到具锐态矿型纳米氧化钛膜的载体，具有强烈的光催化特性，可用于分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁，工厂废水处理。
实施例2
在温度低于30℃并搅拌条件下，配制四氯化钛水溶液，浓度为0.05mol/L-1。将此钛盐水溶液渗析，直到pH＞4，滴加氨水混合反应得到料浆(此时所用氨的量与2摩尔倍的将含钛盐转化为氢氧化钛所需要的氨的化学计量的量相当)。分离料浆得到氢氧化钛固体，用去离子水洗到水层的电导率不超过100Ms/CM-2；再将中洗好的氢氧化钛固体分散在去离子水中，加入过氧化氢溶液，氢氧化钛固体与过氧化氢摩乐比为1∶0.1～2.5，加热到50～150℃，1～20小时以后，冷却到室温，得到锐钛矿型纳米氧化钛溶液，其粒度小于100nm。
实施例3
实施例2中所得的悬浮液中加入各0.3毫克/克氧化钛的表面活性剂磷酸钠和增粘剂羧甲基纤维素。可对多种基质材料(如金属、陶瓷、玻璃、塑料、木、石、纤维、布料、纸张)进行涂布，可与纤维、布料等进行混纺、可与纸浆混合、可与涂料混合制成抗菌自清洁涂料，也可直接制成喷雾剂或加入化妆品中。锐态矿型纳米氧化钛悬浮液对人体无害，在常温下自然干燥，可维持长久的效果。有分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色、净化大气中的有机物、吸收紫外线的功能。
实施例4
实施例2中得到的锐态矿型纳米氧化钛在80℃条件下真空干燥，得到锐态矿型纳米氧化钛粉体，其粒度小于100nm。可用于制备锐态矿型纳米氧化钛悬浮液、制备成纳米陶瓷、也可接加入到分解油污、防霉、除臭、杀菌、自清洁、防锈、防藻、工厂废水的脱臭、脱色，大气净化、化妆品等工业制品中。