專(zhuān)利名稱(chēng)：具有銳鈦礦型二氧化鈦水溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化和激光防偽材料的制備方法，特指一種具有銳鈦礦型二氧化鈦水溶膠的制備方法，該材料在紫外光的照射下，可以發(fā)生光催化反應(yīng)，應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。同時(shí)，可涂膜在模壓制成的激光全息防偽圖像表面制成文字激光全息防偽薄膜。
背景技術(shù)：
在70年代初，日本的Fujishima教授首次發(fā)現(xiàn)TiO2具有光催化性能。當(dāng)納米二氧化鈦顆粒尺寸小于某一臨界尺寸時(shí)，其量子尺寸效應(yīng)變得顯著，電荷載體顯示出量子行為，導(dǎo)帶和價(jià)帶變成分離能級(jí)，能隙變寬，價(jià)帶電位變得更正，導(dǎo)帶電位變得更負(fù)，從而增加了光生電子和空穴的氧化還原能力，提高了納米TiO2光催化氧化有機(jī)物的活性。TiO2有三種晶型銳鈦礦(anatase)、金紅石(rutile)和板鈦礦(brookite)。通常認(rèn)為銳鈦礦是活性最高的一種晶型，其次是金紅石型，而板鈦礦和無(wú)定型TiO2沒(méi)有明顯的光催化活性。采用含銳鈦礦的納米TiO2作為光催化劑可以高效率地處掉空氣中的有害成分如NOx、甲醛等。普通陶瓷的表面鍍一層幾十納米或幾百納米二氧化鈦的光催化薄膜，該薄膜在紫外線(xiàn)幅照下受激活化后具有深度氧化一還原能力，從而降解有機(jī)污染物保持陶瓷表面的清潔。避免了以往利用活性炭等活性物質(zhì)的吸附作用來(lái)凈化空氣和水時(shí)把污染物從一相轉(zhuǎn)移到另一相，而污染物自身難于處理的問(wèn)題。在空氣和水的凈化，尤其是在飲用水和室內(nèi)空氣的深度凈化與殺菌方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。同時(shí)，由于TiO2的高折射率(折射率2.6)，將其涂在模壓全息圖表面形成激光全息防偽標(biāo)識(shí)，可用于證件護(hù)照卡膜、塑料包裝和印刷覆膜的防偽。
將具有銳鈦礦特征的納米二氧化鈦水溶膠直接噴涂到各種無(wú)機(jī)物和有機(jī)物上是光催化應(yīng)用過(guò)程中的一種簡(jiǎn)單并且重要的方法。制備具有銳鈦礦特征的納米二氧化鈦粉體的方法很多，方法之一是將銳鈦礦特征的納米二氧化鈦粉體通過(guò)加入分散劑的方法分散到水溶液中，這種方法幾乎不可避免的帶來(lái)團(tuán)聚，難以保證納米二氧化鈦的高分散。在實(shí)際中應(yīng)用往往不能取得好的效果。而通常制備二氧化鈦水溶膠的方法都是膠溶法，即利用含鈦的無(wú)機(jī)物(四氯化鈦、硫酸鈦)或有機(jī)物(鈦酸四乙脂、鈦酸四正丙脂等)在酸、堿或醇溶液中進(jìn)行水解。得到正鈦酸溶膠，反復(fù)洗滌出雜質(zhì)，然后加入膠溶劑(通常是無(wú)機(jī)酸)進(jìn)行膠溶。形成溶膠。專(zhuān)利CN00127951.3，CN00110406.3，CN03119113.4，CN200410029904.3，CN200410043228.5，CN200510039171.6，CN200510012123.8均采取膠溶的方法制備各種性能的二氧化鈦水溶膠，在上述制備過(guò)程中，一個(gè)無(wú)法回避的矛盾是正鈦酸溶膠由于顆粒過(guò)小，造成洗滌雜質(zhì)異常困難。這實(shí)際上限制了該方法的工業(yè)化應(yīng)用。另外，上述方法得到的溶膠中二氧化鈦是無(wú)定型，在涂膜過(guò)后需加熱進(jìn)行晶化(一般要400℃以上)，這也限制了該法在實(shí)際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有銳鈦礦特征的納米二氧化鈦水溶膠。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高效率制備具有銳鈦礦特征的納米二氧化鈦水溶膠的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是以四氯化鈦為原料，按四氯化鈦和水體積比1∶1～10在0℃~20℃下稀釋?zhuān)?0～90℃的溫度下，對(duì)上述稀釋液再加水水解30～480分鐘。用三辛胺做萃取劑，包括環(huán)己烷、苯、甲苯等烷烴或芳香烴類(lèi)為稀釋劑的混合萃取體系對(duì)上述水解形成的溶液進(jìn)行萃取。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用反萃劑在常溫震蕩反萃除去溶膠中Cl-，得到具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠。
所述反萃劑是包括氨水、氫氧化鈉的無(wú)機(jī)堿。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)、采取萃取法除去溶膠中Cl-使溶膠穩(wěn)定，可快速大批量的制備具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠。便于工業(yè)化生產(chǎn)。
(2)、該法得到的水溶膠可在不同無(wú)機(jī)、有機(jī)、高分子材質(zhì)上噴、涂成膜，無(wú)需進(jìn)一步加熱晶化。擴(kuò)大了二氧化鈦水溶膠的應(yīng)用范圍。
(3)、該法得到的具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠無(wú)需任何穩(wěn)定劑，在室溫下可穩(wěn)定一個(gè)月以上。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2本制備的具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖(縱坐標(biāo)為吸收光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為紫外-可見(jiàn)波長(zhǎng))；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠涂片的x-Ray衍射光譜圖(縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為2θ衍射角)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1將分析純的四氯化鈦溶液112mL放入三口燒瓶中，在冰浴中滴加蒸餾水388mL，溫度不超過(guò)20℃。得到濃度大約是2mol/L的二氧化鈦儲(chǔ)備液(溶液I)。取溶液I20mL加入140ml蒸餾水，在40℃下恒溫水解5小時(shí)。得到透明溶液。以三辛胺為萃取劑，甲苯為稀釋劑(體積比為2∶1)的萃取體系在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氫氧化鈉20mL在常溫震蕩反萃，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠，該溶膠TiO2的重量百分比是2％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中的溶液I 20mL加入140ml蒸餾水，在70℃下恒溫水解1.5小時(shí)，得到透明溶液。以的甲苯和三辛胺(體積比為2∶1)混合體系為萃取劑在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氫氧化鈉20mL在常溫震蕩反萃3～5次，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6.5～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠，該溶膠TiO2的重量百分比是2％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
實(shí)施例3將實(shí)施例1中的溶液I 20mL加入56ml蒸餾水，在70℃下恒溫水解1小時(shí)，得到透明溶液。以的甲苯和三辛胺(體積比為2∶1)混合體系為萃取劑在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氫氧化鈉20mL在常溫震蕩反萃3～5次，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6.5～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠。該溶膠TiO2的重量百分比是5％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
實(shí)施例4將實(shí)施例1中的溶液I 20mL加入140ml蒸餾水，在90℃下恒溫水解0.5小時(shí)，得到透明溶液。以的環(huán)己烷和三辛胺(體積比為2∶1)混合體系為萃取劑在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氨水溶液20mL在常溫震蕩反萃3～5次，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6.5～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠。該溶膠TiO2的重量百分比是2％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
實(shí)施例5將分析純的四氯化鈦溶液100mL放入三口燒瓶中，在冰浴中滴加蒸餾水100mL，溫度不超過(guò)20℃。取上述溶液20mL加入48ml蒸餾水，在40℃下恒溫水解5小時(shí)。得到透明溶液。以苯和三辛胺(體積比為2∶1)混合體系為萃取劑在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氨水20mL在常溫震蕩反萃3～5次，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠。該溶膠TiO2的重量百分比是10％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
實(shí)施例6將分析純的四氯化鈦溶液10mL放入三口燒瓶中，在冰浴中滴加蒸餾水100mL，溫度不超過(guò)20℃。取上述溶液20mL加入51ml蒸餾水，在50℃下恒溫水解4小時(shí)。得到透明溶液。以苯和三辛胺(體積比為2∶1)混合體系為萃取劑在常溫震蕩萃取上述水解后的透明溶液15分鐘。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用10％的氨水20mL在常溫震蕩反萃3～5次，得到的有機(jī)相可反復(fù)使用。直到水相的pH值在6～7。該水相即為具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠，該溶膠TiO2的重量百分比是1％，pH＝6～7。Cl-含量是1×10-6～1×10-7mol.L-1。
權(quán)利要求
1.具有銳鈦礦型二氧化鈦水溶膠的制備方法，其特征在于以四氯化鈦為原料，按四氯化鈦和水體積比1∶1～10在0℃～20℃下稀釋?zhuān)?0～90℃的溫度下，對(duì)上述稀釋液再加水水解30～480分鐘，用三辛胺做萃取劑，用包括環(huán)己烷、苯、甲苯等烷烴或芳香烴類(lèi)為稀釋劑的混合萃取體系對(duì)上述水解形成的溶液進(jìn)行萃取，分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相采用反萃劑在常溫震蕩反萃除去溶膠中Cl-，得到具有銳鈦礦特征的二氧化鈦水溶膠，所述反萃劑是包括氨水、氫氧化鈉的無(wú)機(jī)堿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化和激光防偽材料的制備方法，特指一種具有銳鈦礦型二氧化鈦水溶膠的制備方法，其以四氯化鈦為原料，按四氯化鈦和水體積比1∶1～10在0℃～20℃下稀釋?zhuān)?0～90℃的溫度下，對(duì)上述稀釋液再加水水解30～480分鐘。用三辛胺做萃取劑，包括環(huán)己烷、苯、甲苯等烷烴或芳香烴類(lèi)為稀釋劑的混合萃取體系對(duì)上述水解形成的溶液進(jìn)行萃取。分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相用無(wú)機(jī)堿在常溫震蕩反萃除去溶膠中Cl
文檔編號(hào)C01G23/053GK1834020SQ200610039319
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月5日
發(fā)明者陳若愚, 王國(guó)平, 朱建飛, 劉小華 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院