一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，將氟鈦酸銨、硼酸溶于可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑和水組成的混合溶劑中反應(yīng)得到。采用本發(fā)明方法能有效提高三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率，最多可達(dá)到79.53％；此外，小分子有機(jī)溶劑的使用不會(huì)明顯改變?nèi)踱佀徜@的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形貌。
【專利說明】一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)物制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)產(chǎn)率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TiO2是目前研究最多和使用最廣的無機(jī)材料之一。優(yōu)異的光電性質(zhì)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使其在清潔能源(如:染料敏化太陽能電池，光催化分解水等)和環(huán)境保護(hù)(如:光催化污水處理、廢氣處理等)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。大量研究表明二氧化鈦晶體的形貌對(duì)其性能影響很大，高活性{001}面暴露在外表面的銳鈦礦相TiO2材料具有更優(yōu)異的光電化學(xué)性質(zhì)(Han, X.G.et al.J.Am.Chem.Soc.，2009，131，3152-3153)。
[0003]生產(chǎn){001}面暴露在外表面的銳鈦礦相TiO2材料的方法主要有兩類:一類是通過在反應(yīng)溶液中加入氟離子(如:HF或者NH4F)以期能降低{001}面的活性，使其在最終產(chǎn)物中得以保留(Yang，H.G.et al.Nature, 2008, 453, 638-641);另一類是通過三氟氧鈦酸銨的拓?fù)滢D(zhuǎn)化反應(yīng)得到(Zhou, L.et al.CrystEngComm, 2013，15，5012-5015)。后一類方法相對(duì)于前一類而言更加簡單，同時(shí)無需使用劇毒化學(xué)藥品(如:HF)，更有可能在大規(guī)模生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
[0004]目前，三氟氧鈦酸銨主要是通過氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)和硼酸(H3BO3)在水溶液中反應(yīng)得到(Zhou, L.et al.J.Am.Chem.Soc.，2008，130，1309-1320)。該法制備三氟氧鈦酸銨存在的普遍問題是:產(chǎn)率較低，造成原料的嚴(yán)重浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)產(chǎn)率的方法，以氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)和硼酸(H3BO3)為原料，在小分子有機(jī)溶劑與水的混合溶劑中反應(yīng)得到三氟氧鈦酸銨，采用本發(fā)明所述方
法顯著提高產(chǎn)品產(chǎn)率。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，包括將氟鈦酸銨、硼酸溶于可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑和水組成的混合溶劑中于20~50°C進(jìn)行反應(yīng)。
[0008]按上述方案，所述的反應(yīng)時(shí)間為12~24h。
[0009]按上述方案，所述可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑可選自低級(jí)醇、低級(jí)酮。具體可為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、丙酮中的一種或多種。
[0010]按上述方案，所述混合溶劑中小分子有機(jī)溶劑與水的體積比為1:9~4:6。
[0011]按上述方案，所述反應(yīng)體系中氟鈦酸銨的濃度為0.2~0.4mol/L，硼酸的濃度為
0.2 ~0.4mol/L0
[0012]按上述方案，上述方法還包括將反應(yīng)所得固體產(chǎn)物依次用水、無水乙醇進(jìn)行離心洗滌，然后干燥得到三氟氧鈦酸銨粉體。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:制備方法簡單，并且相比采用單一溶劑水的制備方法，本方法采用可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑與水的混合溶劑能使三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率提高，最多達(dá)80%左右；此外，可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑的使用對(duì)三氟氧鈦酸銨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形貌的影響很小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例11所制備的產(chǎn)品的XRD圖和三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖(依據(jù)NH4TiOF3的標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片繪制，N0.52~1674)；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例7所制備的三氟氧鈦酸銨的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]對(duì)比例I
[0018]稱取0.5939g氟鈦酸銨加入IOmL溶劑去離子水中，攪拌使氟鈦酸銨完全溶解，再加入0.2473g硼酸，攪拌至其充分溶解。所形成的水溶液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L，硼酸濃度為0.4mol/L，將整個(gè)反應(yīng)體系放入35°C恒溫水浴鍋中，反應(yīng)14小時(shí)后得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(4000r/min，8分鐘)，得到白色粉體沉淀。再將白色粉體沉淀加水用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲分散洗滌，分散均勻后再次離心(4000r/min，8分鐘)，重復(fù)上述離心洗滌過程兩次，最后加入無水乙醇超聲分散洗滌、離心(4000r/min，8分鐘)，將得到的白色粉體干燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體，產(chǎn)率為43.16%。
[0019]實(shí)施例1
[0020]采用與對(duì)比例I相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL甲醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為55.27% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 12.11% )。
[0021]實(shí)施例2
[0022]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL乙醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為59.68% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 16.52% )。
[0023]實(shí)施例3
[0024]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL丙酮組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為61.27% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 18.11% )。
[0025]實(shí)施例4
[0026]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL乙二醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為52.63% (相對(duì)于對(duì)比例I提聞了 9.47 *% )。
[0027] 實(shí)施例5[0028]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL異丙醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為52.52% (相對(duì)于對(duì)比例I提聞了 9.36 % ) ο
[0029]實(shí)施例6
[0030]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為8mL去離子水與2mL甲醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為65.47% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 22.31% )。
[0031]實(shí)施例7
[0032]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為8mL去離子水與2mL乙醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為64.87% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 21.71% )。
[0033]采用掃描電鏡對(duì)本實(shí)施例所得三氟氧鈦酸銨粉體進(jìn)行測試，SEM圖如圖2所示，由圖可看出本發(fā)明實(shí)施例所得三氟氧鈦酸銨粉體粒徑5 μ m左右，粒徑大小分布均勻。
[0034]實(shí)施例8
[0035]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為8mL去離子水與2mL丙三醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為48.44% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 5.28% )。
[0036]實(shí)施例9
[0037]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為8mL去離子水與2mL正丁醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為59.43% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 16.27% )。
[0038]實(shí)施例10
[0039]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為7mL去離子水與3mL甲醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為72.93% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 29.77% )。
[0040]實(shí)施例11
[0041]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為7mL去離子水與3mL乙醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為72.46% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 29.3% )。如圖1所示為本實(shí)施例所制備的產(chǎn)品的XRD圖和三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖(依據(jù)NH4TiOF3的標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片繪制，N0.52~1674)，經(jīng)對(duì)比可知本實(shí)施例所制備的產(chǎn)品為三氟氧鈦酸銨(NH4TiOF3)。
[0042]實(shí)施例12
[0043]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為6mL去離子水與4mL甲醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為79.53% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 36.37% )。
[0044]實(shí)施例13
[0045]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為8mL去離子水與ImL甲醇和ImL乙醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為57.79% (相對(duì)于對(duì)比例I提高了 14.63% ) ο[0046] 實(shí)施例14
[0047]采用與實(shí)施例1相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為7mL去離子水與ImL甲醇，ImL乙醇和ImL丙酮組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為69.30%(相對(duì)于對(duì)比例I提高了 26.14% )0
[0048]對(duì)比例2
[0049]稱取0.5939g氟鈦酸銨加入IOmL溶劑去離子水中，攪拌使氟鈦酸銨完全溶解，再加入0.2473g硼酸，攪拌至其充分溶解。所形成的水溶液中氟鈦酸銨濃度為0.3mol/L，硼酸濃度為0.4mol/L,將整個(gè)反應(yīng)體系放入50°C恒溫水浴鍋中，反應(yīng)24小時(shí)后得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(4000r/min，8分鐘)，得到白色粉體沉淀。再將白色粉體沉淀加水用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲分散洗滌，分散均勻后再次離心(4000r/min，8分鐘)，重復(fù)上述離心洗滌過程兩次，最后加入無水乙醇超聲分散洗滌、離心(4000r/min，8分鐘)，將得到的白色粉體干燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體，產(chǎn)率為49.62%。
[0050]實(shí)施例15
[0051]采用與對(duì)比例2相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL甲醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為62.79% (相對(duì)于對(duì)比例2提高了 13.17% )。
[0052]對(duì)比例3
[0053]稱取0.3959g氟鈦酸銨加入IOmL溶劑去離子水中，攪拌使氟鈦酸銨完全溶解，再加入0.1237g硼酸，攪拌至其充分溶解。所形成的水溶液中氟鈦酸銨濃度為0.2mol/L，硼酸濃度為0.2mol/L，將整個(gè)反應(yīng)體系放入20°C恒溫水浴鍋中，反應(yīng)12小時(shí)后得到含三氟氧鈦酸銨的混合液，取出混合液離心(4000r/min，8分鐘)，得到白色粉體沉淀。再將白色粉體沉淀加水用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲分散洗滌，分散均勻后再次離心(4000r/min，8分鐘)，重復(fù)上述離心洗滌過程兩次，最后加入無水乙醇超聲分散洗滌、離心(4000r/min，8分鐘)，將得到的白色粉體干燥即得到三氟氧鈦酸銨粉體，產(chǎn)率為12.68%。
[0054]實(shí)施例16
[0055]采用與對(duì)比例3相同的方法制備三氟氧鈦酸銨，不同之處在于溶劑為9mL去離子水與ImL已醇組成的混合溶劑，所得三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率為21.54% (相對(duì)于對(duì)比例3提高了 8.86% )。
[0056]表1所示為小分子有機(jī)溶劑甲醇和水組成的混合溶劑中兩者體積比與產(chǎn)品三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率匯總表
[0057]表1
~體積比~反應(yīng)物反應(yīng)溫度反應(yīng)液體積反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)率
(水:甲醇)濃度比 /°C__/ml__/h__/%
9:13:4 — 3710 — 14 55.27
[。。58]8:23:437 — 10 — 14 65.47
7:33:4 — 3710 — 14 72.93
6:43:4 丨 37 I 10 I 14 79.53
[0059]由以上實(shí)施例可知本發(fā)明提供的方法采用小分子有機(jī)溶劑與水的混合溶劑能有效提高三氟氧鈦酸銨的產(chǎn)率。本發(fā)明選用體積比為6:4的水和甲醇的混合溶劑時(shí)，其產(chǎn)率可達(dá)到79.53% ;此外，小分子有機(jī)溶劑的使用不會(huì)明顯改變?nèi)踱佀徜@的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形貌。
[0060] 可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:將氟鈦酸銨、硼酸溶于可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑和水組成的混合溶劑反應(yīng)得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:所述反應(yīng)的溫度為20~50°C，所述反應(yīng)的時(shí)間為12~24h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:所述可與水混溶的非離子型小分子有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、丙酮中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:所述混合溶劑中小分子有機(jī)溶劑與水的體積比為1:9~4:6。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:所述反應(yīng)體系中氟鈦酸銨的濃度為0.2~0.4mol/L，硼酸的濃度為0.2~0.4mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用混合溶劑提高三氟氧鈦酸銨產(chǎn)率的方法，其特征在于:所述方法還包括將反應(yīng)所得固體產(chǎn)物依次用水、無水乙醇進(jìn)行離心洗滌，然后干燥得到三氟氧鈦 酸銨粉體。
【文檔編號(hào)】C01G23/00GK103991901SQ201410252180
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】周磊, 郭艷娜, 吳雪靜, 歐陽軍, 曾珺, 王振華, 張博琳 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)