一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于二氧化钛材料技术领域，具体涉及一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：将钛化合物溶液、乙醇和盐酸混合，加入改性剂A，制得预混液；预混液中加入正硅酸乙酯‑乙醇‑水混合液，制得溶胶液；溶胶液中加入改性剂B，制得一次改性胶液；向一次改性胶液中加入改性剂C制得二次改性胶液；将所述一次改性胶液涂覆在基材表面，干燥，然后在得到的材料上涂覆二次改性胶液，固化干燥，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。本发明专利技术提供的“三步改性”方法提高了二氧化钛薄膜材料在酸性条件下的光催化性能，也提高了纳米粉体二氧化钛薄膜的耐酸性能。

An acid resistant material of nano TiO 2 film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法
本专利技术属于二氧化钛材料
，具体涉及一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法。
技术介绍
二氧化钛化学式为TiO2，俗称钛白粉，其性质稳定，该材料多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌。二氧化钛具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑，它又具有锌白一样的持久性，所以也用作油漆中的白色颜料。二氧化钛还可用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。纳米级二氧化钛是直径在100纳米以下的二氧化钛，产品外观为白色疏松粉末。具有抗菌、光催化等性能，可用于化妆品、功能纤维、精细陶瓷、催化剂等领域。但是在纳米二氧化钛的水分散体系中，主要是范德华力、静电排斥作用力、因吸附层而产生的位阻效应等原因，导致纳米二氧化钛不易在水等非极性介质中分散、均匀度差。纳米二氧化钛的易凝聚直接影响到了纳米二氧化钛自身优异性能的发挥，且二氧化钛粉末不易回收，当其作为光催化剂应用时，浪费大。因此亟需解决纳米二氧化钛分散性和不易回收的问题。二氧化钛薄膜通常采用溶胶凝胶法制备，具有纯度高、均匀性好、合成条件温和、易在基体上形成涂层的优点，克服了纳米二氧化钛粉体分散性差和不易回收的缺点。二氧化钛薄膜具有光致亲水性和光催化活性，在太阳能的储存与运用、光化学转换及有机污染物的环境处理方面等具有良好的应用前景。然而由于现有溶胶凝胶法制备二氧化钛薄膜条件温和，导致成品二氧化钛薄膜的耐酸性能差，在酸性环境条件下光催化效率低。因此，需要开发一种耐酸性强的二氧化钛薄膜材料。
技术实现思路
本专利技术提供了一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法，提高了二氧化钛薄膜材料在酸性条件下的光催化性能，也提高了纳米粉体二氧化钛薄膜的耐酸性能。本专利技术提供了一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将钛化合物溶液、乙醇和盐酸混合，搅拌10-20min，加入改性剂A，然后于85-110℃搅拌0.5-1.5h，得到预混液；步骤2，预混液中加入正硅酸乙酯-乙醇-水混合液，40-50℃搅拌1-1.5h，得到溶胶液；步骤3，向溶胶液中加入改性剂B，85-110℃搅拌0.5-1h，得到一次改性胶液；向一次改性胶液中加入改性剂C，85-110℃搅拌0.5-1h，得到二次改性胶液；所述改性剂A为甘氨酸或者丙酮；改性剂B、改性剂C为相同物质或者不同物质，为陶瓷粉或者氢氧化铝粉；步骤4，将所述一次改性胶液涂覆在基材表面，干燥，然后在得到的材料上涂覆二次改性胶液，固化干燥，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，所述钛化合物溶液为四氯化钛或者钛酸四丁酯；钛化合物溶液的浓度为10-30g/100ml。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，步骤1中，钛化合物溶液、乙醇、盐酸和改性剂A的比例为4ml:8ml:1-1.5ml:0.1-0.3g；步骤2中，正硅酸乙酯-乙醇-水混合液中正硅酸乙酯、乙醇、水的体积比例为1:1:1-1.5；且正硅酸乙酯-乙醇-水混合液与步骤2中钛化合物溶液的体积比例为1-2:1；步骤3中，溶胶液、改性剂B、改性剂C的比例为100ml:1-2g:1-3g。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，所述陶瓷粉粒径为1-50μm、氢氧化铝粉粒径为800-8000目。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，所述基材为玻璃、陶瓷或者金属材料。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，步骤4的具体步骤如下：将基材表面清洗干净，然后浸泡于体积分数8-12％氢氟酸溶液中3-6min，取出，水洗干净，干燥，得到一次酸处理基材；在一次酸处理基材上涂覆一次改性胶液，干燥，然后浸泡于体积分数2-3％氢氟酸溶液中30-90s，取出后水洗干净，干燥，得到二次酸处理基材；在二次酸处理基材上涂覆二次改性胶液，得到湿膜材料；湿膜材料经固化干燥，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，将一次改性胶液采用5-10mm/min的提拉速度在一次酸处理基材上涂膜；将二次改性胶液采用15-20mm/min的提拉速度在二次酸处理基材上涂膜。优选的，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，湿膜材料固化干燥的条件为：将湿膜材料置于马弗炉中，以5℃/min的升温速度从50℃升温至500℃，煅烧2-3h，得到纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。本专利技术还提供了上述方法制成了一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。与现有技术相比，本专利技术提供的纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术利用改性剂A对钛化合物溶液、乙醇和盐酸的混合液进行改性，然后依次利用改性剂B、改性剂C对添加了正硅酸乙酯的溶胶液进行改性，甘氨酸或者丙酮可以提高二氧化钛在胶溶液中的分散性，提高二氧化钛薄膜的均匀度，进而提高其光催化效率；陶瓷粉和氢氧化铝粉具有一定的耐高温性能，能减少二氧化钛薄膜在高温煅烧过程中光催化性能的损失，本专利技术提供的“三步改性”方法提高了二氧化钛薄膜材料在酸性条件下的光催化性能，也提高了纳米粉体二氧化钛薄膜的耐酸性能。我们分别对不同改性剂进行了对比实验，结果显示，本专利技术实施例1-4制备的二氧化钛薄膜材料对甲基橙和水杨酸的光催化降解率均较好。“三步改性”方法所制备的二氧化钛薄膜材料光催化性能优于单独采用某一种改性步骤。另外，本专利技术还采用“二次涂膜和氢氟酸处理”的方法来增加二氧化钛薄膜的厚度，结果显示，氢氟酸处理基材和薄膜后催化效率也有所提高。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。下面各实施例以及上述
技术实现思路
中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。下述实施例中所用陶瓷粉购买自东海县晶盛源硅微粉有限公司，平均细度为1-20μm，平均粒径5-25μm，耐温性＞1000℃；所用氢氧化铝粉购买自山东中扬化工科技有限公司，产品货号H-WF-1，粒度6000目。下述实施例中所用基材尺寸为长5cm、宽2cm、厚度2mm，每次涂覆的薄膜厚度控制在0.2±0.05μm。实施例1一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将钛酸四丁酯80ml、乙醇160ml和盐酸20ml混合，搅拌10min，加入甘氨酸2g，然后于110℃搅拌0.5h，得到预混液；步骤2，预混液中加入正硅酸乙酯-乙醇-水混合液80ml，40℃搅拌1h，得到溶胶液；正硅酸乙酯-乙醇-水混合液中正硅酸乙酯、乙醇、水的体积比例为1:1:1；步骤3，向200ml溶胶液中加入陶瓷粉2g，110℃搅拌0.5h，得到一次改性胶液；向一次改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，将钛化合物溶液、乙醇和盐酸混合，搅拌10-20min，加入改性剂A，然后于85-110℃搅拌0.5-1.5h，得到预混液；/n步骤2，预混液中加入正硅酸乙酯-乙醇-水混合液，40-50℃搅拌1-1.5h，得到溶胶液；/n步骤3，向溶胶液中加入改性剂B，85-110℃搅拌0.5-1h，得到一次改性胶液；/n向一次改性胶液中加入改性剂C，85-110℃搅拌0.5-1h，得到二次改性胶液；/n所述改性剂A为甘氨酸或者丙酮；/n改性剂B、改性剂C为相同物质或者不同物质，为陶瓷粉或者氢氧化铝粉；/n步骤4，将所述一次改性胶液涂覆在基材表面，干燥，然后在得到的材料上涂覆二次改性胶液，固化干燥，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将钛化合物溶液、乙醇和盐酸混合，搅拌10-20min，加入改性剂A，然后于85-110℃搅拌0.5-1.5h，得到预混液；
步骤2，预混液中加入正硅酸乙酯-乙醇-水混合液，40-50℃搅拌1-1.5h，得到溶胶液；
步骤3，向溶胶液中加入改性剂B，85-110℃搅拌0.5-1h，得到一次改性胶液；
向一次改性胶液中加入改性剂C，85-110℃搅拌0.5-1h，得到二次改性胶液；
所述改性剂A为甘氨酸或者丙酮；
改性剂B、改性剂C为相同物质或者不同物质，为陶瓷粉或者氢氧化铝粉；
步骤4，将所述一次改性胶液涂覆在基材表面，干燥，然后在得到的材料上涂覆二次改性胶液，固化干燥，纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料。


2.根据权利要求1所述的纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，其特征在于，所述钛化合物溶液为四氯化钛或者钛酸四丁酯；钛化合物溶液的浓度为10-30g/100ml。


3.根据权利要求2所述的纳米粉体二氧化钛薄膜耐酸材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，钛化合物溶液、乙醇、盐酸和改性剂A的比例为4ml:8ml:1-1.5ml:0.1-0.3g；步骤2中，正硅酸乙酯-乙醇-水混合液中正硅酸乙酯、乙醇、水的体积比例为1:1:1-1.5；且正硅酸乙酯-乙醇-水混合液与步骤2中钛化合物溶液的体积比例为1-2:1；步骤3中，溶胶液、改性剂B、改性剂C的比例为100ml:1-2g:1-3g。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王奕璇，崔巍，田锐，王钦，王艳妮，
申请(专利权)人：延安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61