介孔空心球状二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制备介孔空心球状二氧化钛的方法，所述方法包括如下步骤：先将硫酸氧钛与氨水共沉淀；所得沉淀充分水洗后加水稀释并分散均匀；再加入过氧化氢进行胶溶反应，充分陈化得到深黄色透明溶胶；用去离子水稀释；再进行喷雾干燥；最后经煅烧得到介孔空心球状二氧化钛粉末。本发明专利技术方法具有无污染无添加、对设备无腐蚀、绿色环保的优点。

【技术实现步骤摘要】
介孔空心球状二氧化钛的制备方法(一)
本专利技术涉及一种利用喷雾干燥技术制备介孔空心球状二氧化钛的方法。(二)
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种低廉、安全无毒且极稳定的半导体光电催化材料，因其具有良好的湿敏、压敏、气敏性能，以及优越的光电、介电效应和光电化学稳定性，故而在传感器、光电催化剂、化妆品、高级涂料、白色颜料和环境净化等领域得到了广泛的应用。二氧化钛的形貌有很多种，不同的形貌决定其不同的性能。介孔空心球状二氧化钛具有低密度、高表面积和良好的表面渗透性和电子捕获能力等优良结构特点，尤其是其空心状的特殊结构，使其具有类似“包裹”其他成分的能力，因此，介孔空心球状二氧化钛不仅在光催化领域有着优异的性能，还广泛应用于药物缓释放领域。目前，模板法是空心球状二氧化钛制备方法中使用最早，应用最广泛的方法之一。常用的模板有硬模板(如聚苯乙烯微球、Fe304粒子、无机Si02)和软模板(如胶束、乳液液滴，微囊)两种。模板法是采用尺寸为纳米级到微米级的微球、多孔材料或者其他材料作为微球中空部分的模板，结合电化学法、微乳液聚合法、非均相沉积法和溶胶-凝胶法等技术可制备形形色色的核/壳复合微球，进而得到相应的中空微球。该法制备空心球虽具有很好的可控性，但此过程涉及煅烧升温速度、煅烧的温度、保温时间、溶剂的选择等问题，不仅工艺复杂，而且除模板的过程有时对产物的最终形貌与性能有较大影响。因此，限制了模板法在工业上的大规模使用。近年来，人们对绿色无添加、低成本的介孔空心球状二氧化钛的制备方法倍加关注。虽然喷雾干燥法制备空心球材料的报道也非常多，但其前驱体溶胶或多或少都需要添加一些模板剂，而且其溶胶pH也都不呈中性，对喷雾干燥设备有腐蚀作用。因此，前驱体溶胶pH呈中性，无添加，以水为溶剂的方法还鲜有报道。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无污染无添加、对设备无腐蚀、绿色环保制备介孔空心二氧化钛的新方法。为实现本专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种制备介孔空心球状二氧化钛的方法，包括如下步骤：先将硫酸氧钛与氨水共沉淀；所得沉淀充分水洗后加水稀释并分散均匀；再加入过氧化氢进行胶溶反应，充分陈化得到深黄色透明溶胶；用去离子水稀释；再进行喷雾干燥；最后经煅烧得到介孔空心球状二氧化钛粉末。进一步，所述制备介孔空心球状二氧化钛的方法具体按如下步骤进行：(a)准确称取TiOSO4粉末，将其置于去离子水中，静置使其充分溶解，得到无色透明溶液(TiOSO4溶液)；(b)将过量的氨水缓慢滴入步骤(a)得到的无色透明溶液中共沉淀，使白色沉淀的pH大于8，再将沉淀进行水洗；(c)将洗涤好的白色沉淀用去离子水稀释，磁力搅拌使沉淀分散均匀；(d)称取双氧水，逐滴滴入步骤(c)得到的分散体系中，滴加速度为3-4秒/滴，滴加完毕后继续搅拌直至得到深黄色透明溶胶(过氧钛酸溶胶)，陈化6h以上，然后用pH试纸对比标准比色卡，显示溶胶呈中性；(e)将步骤(d)得到的溶胶用去离子水稀释，将获得的淡黄色溶胶进行喷雾干燥，即得到二氧化钛前驱体粉末；(f)将二氧化钛前驱体粉末在400-900℃温度下进行煅烧，冷却制得介孔空心球状的二氧化钛粉末。更进一步，步骤(a)中，去离子水的体积用量以TiOSO4粉末的质量计为10-80mL/g，优选40mL/g。更进一步，步骤(a)中，静置时间在4小时以上，优选静置时间在12小时以上。更进一步，步骤(b)中，优选使白色沉淀的pH在9～10。更进一步，步骤(d)中，H2O2与TiOSO4粉末的投料质量比为0.3-2.4：1，优选1.2:1。更进一步，步骤(d)中，优选陈化时间在12小时以上。更进一步，步骤(e)中，步骤(d)得到的溶胶与去离子水的体积比为4：1-1：4，优选为1:1。更进一步，步骤(e)中，喷雾干燥的进口温度在120～180℃，进料流量400～900mL/h。优选进口温度为160℃，优选进料流量为900mL/h。更进一步，步骤(f)中，所述的煅烧是将二氧化钛前驱体粉末以3-10℃/min的速率升温至400-900℃，然后保持0.5-6小时；更优选以5℃/min的速率升温至700℃，然后保持2小时。本专利技术所述的喷雾干燥法制备介孔空心球状二氧化钛的优势主要体现在：(1)二氧化钛溶胶呈中性，pH在7附近，对设备无腐蚀；(2)原料价格低廉，以水作为溶剂，无需添加模板剂，绿色环保；(3)工艺条件容易控制，溶胶制备在常温常压下进行；(4)与其它方法相比，产品形貌更稳定；(5)喷雾干燥进口温度较低，更节省能源；进料流速快，制备前驱体的粉末的效率更高；易于实现工业化。(四)附图说明图1是实施例1制得介孔空心球状二氧化钛粉体的X射线衍射(XRD)图。图2是实施例1制得介孔空心球状二氧化钛的扫描电子显微镜(SEM)照片。其中，图2a为二氧化钛空心球整体分散情况的SEM照片；图2b为介孔空心球状二氧化钛的聚集照片，可观察到开口状的中空球形貌。图3为介孔空心球状二氧化钛的N2等温吸附-脱附曲线和孔径分布图。图4是实施例2制得介孔空心球状二氧化钛粉体的X射线衍射(XRD)图。图5是实施例2制得介孔空心球状二氧化钛的扫描电子显微镜(SEM)照片。图6是实施例3制得介孔空心球状二氧化钛粉体的X射线衍射(XRD)图。图7是实施例3制得介孔空心球状二氧化钛的扫描电子显微镜(SEM)照片。图8是实施例4制得介孔空心球状二氧化钛粉体的X射线衍射(XRD)图。图9是实施例4制得介孔空心球状二氧化钛的扫描电子显微镜(SEM)照片。图10是实施例5制得介孔空心球状二氧化钛粉体的X射线衍射(XRD)图。图11是实施例5制得介孔空心球状二氧化钛的扫描电子显微镜(SEM)照片。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1(1)用电子天平准确称取5g市售的TiOSO4.xH2SO4.xH2O白色粉末，置于装有200mL去离子水的500mL透明烧杯中，用玻璃棒搅拌使其均匀分散于水中，然后静置12h以上使其完全溶解呈无色透明状溶液；(2)将完全溶解的TiOSO4溶液放入磁力搅拌器中，放入搅拌子，然后打开电源，进行中等速度搅拌；同时，将100mL的恒压滴液漏斗固定与铁架台，并倒入一定体积的3mol/L的氨水；然后缓慢打开玻璃旋塞，将过量氨水逐滴滴入TiOSO4溶液中，整个过程中用pH试纸大致测其pH，直至白色沉淀的pH在9-10；(3)将白色沉淀转移至清洗干净的G4型的砂芯漏斗中，用真空泵抽滤、洗涤数次；再将洗涤好的白色沉淀转移至1000mL大烧杯中，并量取1000mL的去离子水放入烧杯中，然后置于磁力搅拌器中，以中等速度搅拌使沉淀分散均匀；(4)用电子天平准确称量20gH2O2液体(wt，30％)，加入到恒压滴液漏斗中，调节玻璃旋塞使得滴加速度为3-4秒/滴，此时烧杯中液体颜色由白色悬浮液变成淡黄色浑浊状液体，H2O2滴加完毕后继续搅拌，直至液体变成深黄色澄清透明状溶胶为止，陈化12h以上，然后用pH试纸对比标准比色卡，显示溶胶呈中性；(5)量取1000mL过氧钛酸溶胶置于2000mL的透明烧杯中，再往其中加入1000mL去离子水，充分搅拌，溶胶由深黄色变成淡黄色。然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备介孔空心球状二氧化钛的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：先将硫酸氧钛与氨水共沉淀；所得沉淀充分水洗后加水稀释并分散均匀；再加入过氧化氢进行胶溶反应，充分陈化得到深黄色透明溶胶；用去离子水稀释；再进行喷雾干燥；最后经煅烧得到介孔空心球状二氧化钛粉末。

【技术特征摘要】
1.一种制备介孔空心球状二氧化钛的方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行：(a)准确称取TiOSO4粉末，将其置于去离子水中，去离子水的体积用量以TiOSO4粉末的质量计为40mL/g，静置4h以上使其充分溶解，得到无色透明溶液；(b)将过量的氨水缓慢滴入步骤(a)得到的无色透明溶液中共沉淀，使白色沉淀的pH在9～10，再将沉淀进行水洗；(c)将洗涤好的白色沉淀用去离子水稀释，磁力搅拌使沉淀分散均匀；去离子水的加入量以步骤(a)中加入的TiOSO4粉末的质量计为1000mL/5g；(d)称取双氧水，逐滴滴入步骤(c)得到的分散体系中，滴加速度为3-4秒/滴，滴加完毕后继续搅拌直至得到深黄色透明溶胶，陈化6h以上；其中双氧水中含有的H2O2与TiOSO4粉末的投料质量比为1.2-2.4：1；(e)将步骤(d)得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，章益维，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33