一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法技术

本发明专利技术涉及一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法，(1)将钛酸四丁酯溶解于无水乙醇和冰醋酸中并充分搅拌；(2)用醋酸调节去离子水的pH(3)将步骤(1)得到的溶液缓慢滴加到上述去离子水中，保温条件下剧烈搅拌，然后进行陈化处理；(4)通过高压静电发生装置在推进器喷嘴与接收装置间建立高压静电场并密闭放置；(5)将陈化了的溶液注射入推进器，控制装置电压、推进速度、温度，通过喷嘴口喷出制备得到纳米二氧化钛。本发明专利技术突破了传统纳米TiO2需要高温煅烧结晶的制备工艺，在低温下即可制备纳米TiO2的方法，避免了因煅烧引起的粒子间的团聚，大大拓宽了纳米TiO2的应用范围。

Method for preparing nano titanium dioxide by electrostatic spraying

The invention relates to a method for electrostatic spraying preparation of nano titania, (1) the four butyl titanate dissolved in anhydrous ethanol and glacial acetic acid and fully mixing; (2) adjust the deionized water with acetic acid and pH (3) step (1) the resulting solution is slowly added into the deionized water, heat preservation conditions vigorous stirring and aging treatment; (4) the thruster nozzle and the receiving device of high voltage electrostatic field which is sealed and placed through the high-voltage electrostatic generator; (5) the aging of the solution was injected into the propeller control device voltage, push speed, temperature, through the nozzle ejected the prepared nano titanium dioxide. The invention breaks through the traditional preparation process of nano TiO2 crystallization temperature should be calcined at low temperature, method of preparation of nano TiO2 can be produced, avoid the calcination caused by particles agglomeration, widens the range of application of nanometer TiO2.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备领域，尤其是涉及一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法。
技术介绍
静电喷雾是一种利用电流体动力学射流技术将聚合物溶液制备成纳米粒子的方法，其基本原理在于：向以一定流速流出的聚合物溶液施加高压，在外加电场作用下，由于受到电场力的诱导，使得聚合物流体内部聚集大量电荷，高分子液滴受表面张力作用而保持在喷嘴出口处，与此同时，液滴受到一个与表面张力方向相反的电场力。随着电场强度逐渐增大，喷嘴处的液滴由球状拉长为锥状，称之为泰勒锥。当电场强度达到一个临界值，即电荷产生的静电力足以克服流体的表面张力时，液滴便从“泰勒锥”中喷出。由于同种电荷之间的排斥作用，喷射流在电场的作用下发生震荡而不稳定，产生频率极高的不规则性螺旋运动，射流被迅速拉细，溶剂也迅速挥发。当细流劈裂到一定程度，随着溶剂的挥发，而固化成为纳米颗粒，随即落到接收装置上。光触媒材料TiO2因其光催化活性高、稳定性和耐热性好，无二次污染、无刺激性，对人体无毒及价廉等优点，成为当前最具有开发前景的绿色环保光催化材料。目前国内外合成纳米TiO2的方法主要有金属醇盐水解法、水热晶化法和溶胶–凝胶法。利用金属醇盐水解制备TiO2纳米颗粒方法简便易行，能耗低、工艺重复性好，所得TiO2接近单分散，纯度高。但工艺流程长，辅助材料贵，乙醇、甲苯或溶剂油、氨等均系可燃性物质或有毒性，安全生产问题十分突出。水热法制备纳米粉体多采用钛的有机化合物或难以制得的中间产物作为前驱物，成本较高、制备工艺也较复杂，且此方法中最重要的两个参数就是温度和压强，温度对成核速度及粒径大小有很大影响。理论上说，温度越高越有利于生成小粒径粒子，压强提高会提高成核速率，有利于生成小粒径的粉体，能耗大，生产成本高，生产条件不易控制。胶溶–凝胶法制备纳米级TiO2比起金属醇盐水解法和水热法具有更显著的优势：原料成本低，设备工艺简单，生产的粉末纯度高、粒度小、粒度分布范围窄、粒度组成可控性好，但存在一个较难控制的因素就是粉末的团聚，且制备的粉体需要经过陈化、烘干、灼烧得到成品，限制了其在不耐高温基材上的应用。中国专利CN102586948A公开了锐钛矿型二氧化钛纳米纤维光催化剂及制备方法，属于纳米材料和光催化
本专利技术首先利用静电纺丝技术制备出复合纳米纤维，然后在空气中经过煅烧得到二氧化钛纳米纤维光催化剂，而中间没有引入溶胶-凝胶技术，使得工艺参数更易调控，省去了影响最终二氧化钛纳米纤维结晶度、晶型以及颗粒度分布和大小的很多因素，更利于得到催化高效的光催化材料，但是该专利仍然需要进行高温烧结。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种突破了传统纳米TiO2需要高温煅烧结晶的制备工艺，在低温下即可制备纳米TiO2的方法，避免了因煅烧引起的粒子间的团聚，大大拓宽了纳米TiO2的应用范围。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法，采用以下步骤：(1)将钛酸四丁酯溶解于无水乙醇和冰醋酸中并充分搅拌；(2)用醋酸调节去离子水的pH至2-4；(3)将步骤(1)得到的溶液缓慢滴加到上述去离子水中，保温条件下剧烈搅拌，然后进行陈化处理；(4)通过高压静电发生装置在推进器喷嘴与接收装置之间建立一个高压静电场，喷嘴上的金属导流管接负极，接收装置接地形成正极，喷嘴与接收装置密闭放置；(5)将陈化了的溶液注射入推进器，控制装置电压、推进速度、温度，通过喷嘴口喷出制备得到纳米二氧化钛。步骤(1)中所述的钛酸四丁酯、无水乙醇和冰醋酸的摩尔比例为1:2-4:5-7。步骤(3)得到的溶液中，去离子水的摩尔量为钛酸四丁酯摩尔量的70-220倍，并且在30-40℃的条件下保温搅拌2.5-3.5h，陈化时间为19-24h。步骤(4)中所述的喷嘴为14G-27G的平口点胶针头，所述的接收装置为铝箔纸。步骤(5)中装置的电压为20-30KV，陈化溶液的推进速度为0.01-0.02mm/s，温度为100℃-150℃，喷嘴与接收装置之间的接收距离为15-20cm。在静电场力作用下，喷射出的TiO2凝胶溶液发生不稳定的爆裂，形成纳米级的小液滴，在150℃左右的温度下溶剂挥发，固化成纳米颗粒，由于被雾化的液滴带有同性电荷，同性电荷间的斥力作用使得收集到的TiO2粒径小、不易团聚且分散性好。该制备方法突破了传统纳米TiO2需要高温煅烧结晶的制备工艺，在150℃左右的温度即可制备纳米TiO2，简化了生产工艺，节约了能源，为纳米TiO2在不耐高温基材上的应用和工业化制备提供了技术指导，同时避免了因煅烧引起的粒子间的团聚，大大拓宽了纳米TiO2的应用范围。本专利技术所采用的制备工艺参数，是本专利技术所特有的，也是区别与现有技术，具备一定创造性的技术要点所在。在其他条件不变的状况下，电压从20kV逐渐增加到30kV，制备的TiO2颗粒将逐渐减小，这与Hartman的Scaling法则是一致的，根据Scaling法则得到公式(1)和(2)。d=α(ρϵQ4I2)16---(1)]]>I∝(γKQ)12---(2)]]>在公式(1)和(2)中，d是液滴直径，α是一个常数，Q是流速，ρ为溶液密度，I为电流，ε为真空介电常数，γ为液体在空气中的表面张力，K为液体的导电性。公式(1)和(2)表示，电喷颗粒的直径与电流I成反比，电流越大，电喷颗粒直径也越小，电流越小，其直径也越大。而电流与施加在注射器和收集板间的电压是成正比的，即电压越大，电喷颗粒直径越小。这是因为当电压达一定值，克服液体表面张力形成射流后，随着电压的增加，发生在电喷过程中的库伦分裂也越多，最后在收集板上收集到的TiO2颗粒尺寸就越小。但是，当电压超过30kV时，液体在电喷过程中的库伦分裂表现剧烈，不易在接收板上收集，损失较大；如果压小于20kV，则液体在电喷过程中的库伦分裂表现不明显，收集到的TiO2颗粒尺寸较大。在其他条件不变的状况下，静电喷流速从0.01mm/s增大到0.02mm/s，静电喷制备的TiO2颗粒将逐渐增大，这与Hartman的公式(1)、(2)是符合的，即按公式(1)、(2)，随着电喷流速的增大，得到的电喷TiO2颗粒的粒径将增大。当流速超过0.02mm/s时，电喷喷嘴口处的液体垂直流出，没能产生雾化效果。如果流速小于0.01mm/s，电喷喷嘴口处喷射出的液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)将钛酸四丁酯溶解于无水乙醇和冰醋酸中并充分搅拌；(2)用醋酸调节去离子水的pH至2‑4；(3)将步骤(1)得到的溶液缓慢滴加到上述去离子水中，保温条件下剧烈搅拌，然后进行陈化处理；(4)通过高压静电发生装置在推进器喷嘴与接收装置之间建立一个高压静电场，喷嘴上的金属导流管接负极，接收装置接地形成正极，喷嘴与接收装置密闭放置；(5)将陈化了的溶液注射入推进器，控制装置电压、推进速度、温度，通过喷嘴口喷出制备得到纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法，其特征在于，该方法采用以下步
骤：
(1)将钛酸四丁酯溶解于无水乙醇和冰醋酸中并充分搅拌；
(2)用醋酸调节去离子水的pH至2-4；
(3)将步骤(1)得到的溶液缓慢滴加到上述去离子水中，保温条件下剧烈搅
拌，然后进行陈化处理；
(4)通过高压静电发生装置在推进器喷嘴与接收装置之间建立一个高压静电
场，喷嘴上的金属导流管接负极，接收装置接地形成正极，喷嘴与接收装置密闭放
置；
(5)将陈化了的溶液注射入推进器，控制装置电压、推进速度、温度，通过
喷嘴口喷出制备得到纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的方法，其特征在
于，步骤(1)中所述的钛酸四丁酯、无水乙醇和冰醋酸的摩尔比例为1:2-4:5-7。
3.根据权利要求1所述的一种静电喷雾制备纳米二氧化钛的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎明，沈洋洋，沈勇，朱堂龙，徐丽慧，顾益飞，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31