专利摘要
本发明公开了一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应30‑60min，得到钛醇液；步骤2，将氯化铝加入至钛酸液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应10‑30min，得到浓缩液；步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应10‑20min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应4‑7h，得到混合粉末；步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应20‑30min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。本发明解决了现有技术制备的二氧化钛粒度不均，光催化活性差的问题。
权利要求
1.一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应30-60min，得到钛醇液；所述乙基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的80-90％；
步骤2，将氯化铝加入至钛醇液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应10-30min，得到浓缩液；所述氯化铝的加入量是钛酸正丁酯质量的2-4倍；
步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应10-20min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；
步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应4-7h，得到混合粉末；
步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应20-30min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。
2.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为30-50g/L。
3.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的超声反应的温度为60-70℃，超声频率为20-40kHz。
4.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的超声反应的温度为60-70℃，超声频率为20-40kHz。
5.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的浓氨水的加热温度为90-95℃。
6.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的曝气反应的曝气量为10-20mL/min，曝气温度为30-40℃。
7.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的梯度蒸馏反应的程序如下：70-80℃，反应0.5-1.0 h；100-105℃，反应1-2 h；120-130℃，反应剩余时间。
8.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤5中的氯化氢在无水乙醇中的浓度为20-25g/L。
9.根据权利要求1所述的一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述步骤5中的混合粉末在混合液中的浓度为30-40g/L，所述超声反应的温度为60-70℃，超声频率为50-70kHz，所述烘干的温度为70-90℃。
说明书
技术领域
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种高分散纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术
作为半导体光催化剂之一的二氧化钛光催化材料是目前研究最多的一种新型环境友好材料，光催化剂的性质是光催化氧化过程中的关键因素。二氧化钛的晶型、晶粒大小和粒径、表面态等因素对其光催化性能都有较大影响。表面积大的纳米粒子由于其表面效应和体积效应，决定了它具有很好的催化活性和选择性。纳米二氧化钛由于其量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变的更负，而价带电位变的更正，这意味着其具有更强的氧化和还原能力；又因为纳米粒子的粒径小，光生载流子比粗颗粒更加容易从粒子内部迁移到表面，明显减小了电子与空穴的复合几率，也有利于提高光催化性能。因此，制备比表面积大、粒径小的二氧化钛已成为光催化领域研究的焦点。
随着人们生活水平的提高，环境材料受到人们更多的关注，二氧化钛光催化剂具有氧化活性高、催化性能强、活性稳定、抗湿性好和杀菌能力强等优异性能，在废水降解、消除有害气体、杀菌和净化空气等方面得到了广泛的应用。然而现有的二氧化钛粉的制备方法，如传统的固相反应及烧结法和现代的化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学气相渗透法、溶胶—凝胶法等，这些方法存在工艺复杂、成本高的缺点，所得到的往往是混合晶型且粒度不均，光催化降解活性很差。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，解决了现有技术制备的二氧化钛粒度不均，光催化活性差的问题，通过乙基纤维素作为分散剂与粘结剂，氯化铝作为沉降剂与团聚阻隔剂，制备高分散性的纳米二氧化钛颗粒。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应30-60min，得到钛醇液；
步骤2，将氯化铝加入至钛酸液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应10-30min，得到浓缩液；
步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应10-20min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；
步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应4-7h，得到混合粉末；
步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应20-30min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。
所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为30-50g/L，所述乙基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的80-90％。
所述步骤1中的超声反应的温度为60-70℃，超声频率为20-40kHz。
所述步骤2中的氯化铝的加入量是钛酸正丁酯质量的2-4倍。
所述步骤2中的减压蒸馏反应的压力为大气压的60-80％，温度为70-90℃，所述浓缩液的体积是钛酸液的10-15％。
所述步骤3中的浓氨水的加热温度为90-95℃。
所述步骤3中的曝气反应的曝气量为10-20mL/min，曝气温度为30-40℃。
所述步骤4中的梯度蒸馏反应的程序如下：
所述步骤5中的氯化氢在无水乙醇中的浓度为20-25g/L。
所述步骤5中的混合粉末在混合液中的浓度为30-40g/L，所述超声反应的温度为60-70℃，超声频率为50-70kHz，所述烘干的温度为70-90℃。
步骤1将钛酸正丁酯溶解在无水乙醇中，形成醇溶液；乙基纤维素加入至醇溶液中，能够溶解在无水乙醇，对钛酸正丁酯起到良好的分散作用；超声反应能够将钛酸正丁酯中的丁酯基脱离，并且乙基纤维素能够形成半包裹特性，得到钛酸液。
步骤2将氯化铝加入至钛醇液中，利用氯化铝在无水乙醇中的溶解性，能够形成良好的溶解体系，然后通过减压蒸馏的方式将无水乙醇去除，将钛酸液压缩形成浓缩液。
步骤3将浓氨水进行加热蒸馏，能够形成以氨气为主体的氨气与水蒸气的混合气体，并且通过曝气的方式通入无水乙醇中，氨气与水蒸气形成氨水结构，并与氯化铝形成反应，得到氯化铵和氢氧化铝沉淀，同时水蒸气与钛酸正丁酯能够进行水解反应，形成丁酯与二氧化钛；由于乙基纤维素能够作为分散剂将二氧化钛颗粒和氢氧化铝颗粒分散化，同时乙基纤维素对二氧化钛具有一定的半包裹特性，解决了纳米二氧化钛颗粒间的团聚问题。
步骤4采用梯度蒸馏的方式能够依次将无水乙醇、丁酯、氯化铵和水蒸汽，由于沸点温度的不同，无水乙醇与丁酯优先排出，此时，乙基纤维素作为分散剂的同时也作为粘附剂，将二氧化钛和氢氧化铝形成连接，随着水蒸气的排出，形成二氧化钛分散良好的混合粉末。
步骤5将氯化氢溶解在无水乙醇中形成混合液，然后将混合粉末将入至混合液中，利用氯化氢将氢氧化铝转化为氯化铝，且能够溶解在无水乙醇，乙基纤维素在无水乙醇中形成良好的溶解，而纳米二氧化钛在无水乙醇中不溶解，形成沉淀，经过过滤和烘干得到纳米二氧化钛粉。该步骤中的乙基纤维素在无水乙醇中的溶解和氯化铝在无水乙醇中的溶解均不含其它杂质，能够在步骤1和步骤2中回收使用，降低成本。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有技术制备的二氧化钛粒度不均，光催化活性差的问题，通过乙基纤维素作为分散剂与粘结剂，氯化铝作为沉降剂与团聚阻隔剂，制备高分散性的纳米二氧化钛颗粒。
2.本发明充分利用乙基纤维素在水中与无水乙醇中的溶解性差异，能够有效对纳米二氧化钛的粒径进行控制，达到粒径可控的效果。
3.本发明中的氯化铝与乙基纤维素作为主要助剂，可以重复利用，不仅确保了工业化连续生产的持续性，而且能够降低原料成本，大大降低环保压力。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应30min，得到钛醇液；
步骤2，将氯化铝加入至钛酸液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应10min，得到浓缩液；
步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应10min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；
步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应4h，得到混合粉末；
步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应20min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。
所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为30g/L，所述乙基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的80％。
所述步骤1中的超声反应的温度为60℃，超声频率为20kHz。
所述步骤2中的氯化铝的加入量是钛酸正丁酯质量的2倍。
所述步骤2中的减压蒸馏反应的压力为大气压的60％，温度为70℃，所述浓缩液的体积是钛酸液的10％。
所述步骤3中的浓氨水的加热温度为90℃。
所述步骤3中的曝气反应的曝气量为10mL/min，曝气温度为30℃。
所述步骤4中的梯度蒸馏反应的程序如下：
所述步骤5中的氯化氢在无水乙醇中的浓度为20g/L。
所述步骤5中的混合粉末在混合液中的浓度为30g/L，所述超声反应的温度为60℃，超声频率为50kHz，所述烘干的温度为70℃。
实施例2
一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应60min，得到钛醇液；
步骤2，将氯化铝加入至钛酸液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应30min，得到浓缩液；
步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应20min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；
步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应7h，得到混合粉末；
步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应30min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。
所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为50g/L，所述乙基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的90％。
所述步骤1中的超声反应的温度为70℃，超声频率为40kHz。
所述步骤2中的氯化铝的加入量是钛酸正丁酯质量的4倍。
所述步骤2中的减压蒸馏反应的压力为大气压的80％，温度为90℃，所述浓缩液的体积是钛酸液的15％。
所述步骤3中的浓氨水的加热温度为5℃。
所述步骤3中的曝气反应的曝气量为20mL/min，曝气温度为40℃。
所述步骤4中的梯度蒸馏反应的程序如下：
所述步骤5中的氯化氢在无水乙醇中的浓度为25g/L。
所述步骤5中的混合粉末在混合液中的浓度为40g/L，所述超声反应的温度为70℃，超声频率为70kHz，所述烘干的温度为90℃。
实施例3
一种高分散纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声反应50min，得到钛醇液；
步骤2，将氯化铝加入至钛酸液中恒温搅拌至完全溶解，然后放入蒸馏反应釜中减压蒸馏反应20min，得到浓缩液；
步骤3，将浓氨水加热蒸馏形成氨水蒸汽，然后将氨水蒸汽通入浓缩液中曝气反应15min，直至沉淀不再产生，得到混合悬浊液；
步骤4，将混合悬浊液梯度蒸馏反应6h，得到混合粉末；
步骤5，将氯化氢溶解在无水乙醇中，得到混合液，然后将混合粉末加入至混合液中超声反应25min，过滤后烘干得到纳米二氧化钛粉末。
所述步骤1中的钛酸正丁酯在无水乙醇中的浓度为40g/L，所述乙基纤维素的加入量是钛酸正丁酯质量的85％。
所述步骤1中的超声反应的温度为65℃，超声频率为30kHz。
所述步骤2中的氯化铝的加入量是钛酸正丁酯质量的3倍。
所述步骤2中的减压蒸馏反应的压力为大气压的70％，温度为80℃，所述浓缩液的体积是钛酸液的13％。
所述步骤3中的浓氨水的加热温度为93℃。
所述步骤3中的曝气反应的曝气量为15mL/min，曝气温度为35℃。
所述步骤4中的梯度蒸馏反应的程序如下：
所述步骤5中的氯化氢在无水乙醇中的浓度为23g/L。
所述步骤5中的混合粉末在混合液中的浓度为35g/L，所述超声反应的温度为65℃，超声频率为60kHz，所述烘干的温度为80℃。
性能测试
对比例采用市售P25光催化剂。
测试方法1按照国标《光催化空气净化材料性能检测方法》
测试方法2按照国标《光催化材料水溶液体系净化测试方法》
测试方法3按照国标《光催化抗菌材料及制品抗菌性能的评价》
粒径分布测试
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了现有技术制备的二氧化钛粒度不均，光催化活性差的问题，通过乙基纤维素作为分散剂与粘结剂，氯化铝作为沉降剂与团聚阻隔剂，制备高分散性的纳米二氧化钛颗粒。
2.本发明充分利用乙基纤维素在水中与无水乙醇中的溶解性差异，能够有效对纳米二氧化钛的粒径进行控制，达到粒径可控的效果。
3.本发明中的氯化铝与乙基纤维素作为主要助剂，可以重复利用，不仅确保了工业化连续生产的持续性，而且能够降低原料成本，大大降低环保压力。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
一种高分散纳米二氧化钛的制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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