【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米氧化物制备，具体涉及一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛及其纳米液体的方法。
技术介绍
1、二氧化钛即钛白粉，因其优异的遮盖效果，广泛应用于陶瓷、外墙油漆、涂料、塑料、橡胶、油墨、造纸、化学纤维消光等领域。商品钛白粉根据晶型一般分锐钛矿型(简称a型)和金红石型(简称r型)。钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法。硫酸法生产工艺始于1918年，主要以钛精矿或酸溶性钛渣为原料，用硫酸将钛原料分解成偏钛酸，再进行除杂、分离、煅烧，获得钛白粉。氯化法工艺发展较晚，用富钛料(如天然金红石、人造金红石、高钛渣等)与氯气反应生成四氯化钛，再经高温氧化后处理得到钛白粉。
2、随着纳米科技的进步，纳米二氧化钛的强防紫外线功能和优秀的光催化性能被开发出来而广泛应用于防晒护肤、木材保护、塑料薄膜制备、抑菌剂、染料等各行各业。易于大规模生产，具有高附加值、高性能的纳米二氧化钛材料的研究、开发和应用，成为科研和工业应用的一个热点。
3、目前工业上成熟的硫酸法和氯化法需要高温热处理，晶粒较大而主要应用于陶瓷、涂料等行业。其制备过程工艺复杂、能耗高。如何低能耗制备纳米二氧化钛粉末成为一个迫待解决的问题。纳米二氧化钛的制备方法通常有机械球磨法、化学气相沉积、水热法和溶胶凝聚法等。机械球磨法不可能获得超细的纳米粉体，并且可能因机械损伤造成颗粒内部缺陷，影响性能。化学气相沉积、水热法和溶胶凝聚法等方法对设备要求较高，都需要较高的温度处理或超临界的超高压力，致使工艺复杂、耗能高、获得的纳米颗粒较为粗大，晶相难以控制等等缺点。>
4、郭长友的专利cn 105523583 b公开了一种二氧化钛的合成方法，通过将氧化钛的前驱体滴加到水中，进行水解反应，生成白色沉淀，反应结束后，得到固液混合物，向上述溶液中加入烷基氢氧化铵溶液，混合均匀，老化，再将老化产物中加入冰乙酸溶液，恒温反应，反应结束后，反应产物经分离、清洗和干燥，得到纳米二氧化钛粉体。该合成方法温度为120～220℃，超过水的临界点，其实质为水热法。过程中设备需要高压釜，而且需要有机碱作为反应的保护剂和ph调节剂，设备和操作过于复杂。张景的专利cn109529951b采用回流氧化钛的过氧化物的办法合成细粉纳米二氧化钛，其利用钛酸四丁酯等钛源先合成二氧化钛前聚体，然后分离洗剂，再与过氧化氢反应获得过氧化物溶液，再80～150℃进行回流，分离、干燥从而获得二氧化钛纳米细粉。这些新方法工艺复杂，合成条件要求高，不利于大批量生产。
5、为此我们专利技术了直接合成法，利用本方法在溶液中直接合成二氧化钛晶相粉体，无须高温高压、操作极为简单，既避免了高能耗、降低了设备要求，又简化了工艺，提高了粉体性能。
6、最近由于二氧化钛催化热，引起了二氧化钛纳米液体的制备的研究热潮。李小红的专利cn114410131b利用在二氧化钛表面接枝有机物官能团而获得二氧化钛纳米液体，其工艺较为复杂。杨晓涛的专利cn116253928a将二氧化钛的纳米粉在惰性气体中180～400℃热处理，然后可在水等中超声20～30分钟，分散为纳米液体。周平桃的专利cn116082861a用硬脂酸、木质素衍生物作为助剂，使二氧化钛纳米粉分散液相中制备二氧化钛纳米液体。所有这些二氧化钛纳米液体的制备方法都较为复杂，引入杂质或高温处理都不利于二氧化钛本身性能的发挥。
7、本法中的制备的二氧化钛纳米粉无需表面活性剂，直接可以分散在水或醇中制备成纳米液体，从而有效避免了表面活性剂和热处理对纳米液体性能的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种通过醇水溶液直接合成超细纳米二氧化钛的新型合成方法以及用此法获得的二氧化钛制备纳米液体的方法。通过将一定比例钛酸四丁酯溶解在适当的醇中，将一定量适当的酸逐滴加入其中并搅拌，与一定比例尿素溶解在水中的溶液混合。将上述溶液加热到一定的温度，同时搅拌。保持一定的温度，反应一定时间后，形成沉淀，体系温度降至室温后洗涤固液分离。将洗涤后的粉体在一定温度下烘干获得具有一定粒度的二氧化钛粉体。将一定量的上述制备的二氧化钛粉体分散在适当的水或醇中，经过搅拌、震荡，获得二氧化钛纳米液体。将钛酸四丁酯和尿素按照一定比例加入到适当的经过酸化的醇水混合溶剂中溶解，在一定温度下搅拌、水解，持续一定反应时间在溶液中直接合成超细纳米二氧化钛的前驱体，洗涤干燥获得所需要的超细纳米二氧化钛的粉体。这种粉体可以按一定比例直接分散在水、醇中形成纳米液体。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，具体包括以下步骤：
3、1)将钛酸四丁酯溶解在醇中，将酸逐滴加入其中并搅拌，制成a液；
4、2)将尿素与去离子水以(0.1～10)：1的质量比进行混合，制成b液；
5、3)将a液与b液混合，形成c液；
6、4)将c液加热至70～100℃，同时搅拌；
7、5)保持设定温度，反应后形成沉淀后，体系温度降至室温后洗涤固液分离；
8、6)将洗涤后的粉体烘干，获得二氧化钛粉体。
9、其中：
10、所述步骤1)中，醇选自乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、丁醇等醇中的一种或多种，选用多种醇时，醇加入的总比例与一种醇比例相同，多种醇之间为任意比例；酸选自如甲酸、乙酸、丙酸、硫酸、盐酸、硝酸中的一种或上述的混合酸，选用混合酸时，酸加入的总比例与一种酸相同，多种酸之间为任意比例。
11、所述步骤1)中，钛酸四丁脂与醇的质量比为(0.1～50)：1，酸与钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～8)：1。
12、所述步骤3)中，b液中的尿素与a液中的钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～4)：1。
13、所述步骤5)中，保持的设定温度为70～100℃，反应时间为20～600min；所述固液分离指过滤、离心分离或压滤。
14、所述步骤6)中，烘干温度为50～250℃。
15、所述步骤6)中，所制得的二氧化钛粉体粒度为3～10nm。
16、本专利技术还提供了一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的纳米液体的方法，将上述制备的二氧化钛粉体分散在水或醇中，经过搅拌、震荡，获得二氧化钛纳米液体。
17、所述分散剂为水或步骤1)中所述醇的一种或多种的混合，多种醇之间为任意比例；二氧化钛和分散剂的质量比为(0.01～1)：1。
18、本专利技术所提供的方法的有益效果在于：
19、利用本专利技术的合成方法，在溶液中直接合成二氧化钛晶相粉体，无须高温高压、既避免了高能耗、降低了设备要求，提高了粉体性能。本方法中的制备的二氧化钛纳米粉无需表面活性剂，直接可以分散在水或醇中制备成纳米液体，从而有效避免了表面活性剂对纳米液体性能的影响。本法制备纳米液体，无需额外的分散剂，大幅度减少了纳米液体中的杂质，并大大简化了工艺。本方法操作简单，不需要使用大型的成型机器，简单的机械搅拌、加热即可合成出二氧化钛纳米颗粒。...
【技术保护点】
1.一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤1)中，醇选自乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、丁醇等醇中的一种或多种，选用多种醇时，醇加入的总比例与一种醇比例相同，多种醇之间为任意比例；酸选自如甲酸、乙酸、丙酸、硫酸、盐酸、硝酸中的一种或上述的混合酸，选用混合酸时，酸加入的总比例与一种酸相同，多种酸之间为任意比例；钛酸四丁脂与醇的质量比为(0.1～50)：1，酸与钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～8)：1。
3.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤3)中，B液中的尿素与A液中的钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～4)：1。
4.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤5)中，保持的设定温度为70～100℃，反应时间为20～600min；所述固液分离指过滤、离心分离或压滤。
5.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在
6.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤6)中，所制得的二氧化钛粉体粒度为3～10nm。
7.一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的纳米液体的方法，其特征在于，将权利要求1中所述方法制备的二氧化钛粉体分散在水或醇中，经过搅拌、震荡，获得二氧化钛纳米液体。
8.根据权利要求7所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的纳米液体的方法，其特征在于，所述分散剂为水或权利要求2中所述醇的一种或多种的混合，多种醇之间为任意比例；二氧化钛和分散剂的质量比为(0.01～1)：1。
...【技术特征摘要】
1.一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤1)中，醇选自乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、丁醇等醇中的一种或多种，选用多种醇时，醇加入的总比例与一种醇比例相同，多种醇之间为任意比例；酸选自如甲酸、乙酸、丙酸、硫酸、盐酸、硝酸中的一种或上述的混合酸，选用混合酸时，酸加入的总比例与一种酸相同，多种酸之间为任意比例；钛酸四丁脂与醇的质量比为(0.1～50)：1，酸与钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～8)：1。
3.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述步骤3)中，b液中的尿素与a液中的钛酸四丁脂的摩尔比为(0.1～4)：1。
4.根据权利要求1所述的一种直接合成法制备超细纳米二氧化钛的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩秀梅，齐建全，李冰，翟燕，王振宇，邓蕤，陈克楠，刘玮晨，梁子洲，马进，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
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