本发明涉及纳米材料制备技术领域，更具体地说，它涉及一种纳米二氧化钛的制备方法。
背景技术：
纳米级二氧化钛，亦称钛白粉，直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。正因为锐钛型二氧化钛的光催化活性高于金红石型二氧化钛，因此在光触媒光催化剂应用领域中，对于锐钛型二氧化钛的研究较多。
目前纳米二氧化钛的制备方法有多种方式，主要有溶胶-凝胶法、微乳液法等，然而大多数制备方法普遍存在工艺复杂且条件苛刻、原料价格昂贵或不易获得、设备投资大。如授权公告号为cn100546915、授权公布日为2009年10月07日的中国专利公开了一种锐钛矿型二氧化钛纳米粉体的制备方法，该方法就存在工艺复杂且条件苛刻、原料价格昂贵或不易获得这一缺陷。
有鉴于此，本发明提供一种新型的纳米二氧化钛的制备方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种纳米二氧化钛的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
s1、混合体系的制备
在常温条件下，将1mol/l的四氯化钛水溶液、1mol/l的氨水加入到反应釜中混合，搅拌2-5分钟后，加入硫酸铵，制得so42-浓度为0.02-0.05mol/l的混合体系；
s2、锐钛矿相纳米二氧化钛浆体的制备
对所述混合体系进行升温加热处理，在升温过程中进行搅拌，当温度升至105-115℃后，停止升温，并保温1.5h，得到锐钛矿相纳米二氧化钛浆体；
s3、锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的制备
在锐钛矿相纳米二氧化钛浆体中加入1.5mol/l的氢氧化钠水溶液进行ph值调节，直至呈中性，然后水洗至滤液中不含氯离子，在100-110℃下，鼓风干燥1.5h，得到粉体状的锐钛矿型纳米二氧化钛。
进一步优选为：在步骤s1中，所述氨水与所述四氯化钛水溶液的体积比为：1。
进一步优选为：所述反应釜为搪瓷反应釜。
进一步优选为：所述搪瓷反应釜包括夹套、顶盖、搅拌装置和釜体，所述夹套包覆在所述釜体四周及底部，所述夹套内安装有电热管；
所述顶盖盖设在所述釜体顶部，所述顶盖上设置有进料口，所述釜体底部设置有出料口；
所述搅拌装置包括电机、连接轴、上连接杆、螺旋板、中连接杆、支撑杆和下连接杆，所述电机安装在所述顶盖中心，所述连接轴上端连接在所述电机输出轴上，下端插设在所述釜体内；
所述上连接杆、中连接杆和下连接杆上下依次设置，所述螺旋板安装在所述上连接杆、中连接杆和下连接杆上，所述上连接杆和所述中连接杆固定在所述连接轴上，所述下连接杆通过所述支撑杆与所述中连接杆连接；
所述螺旋板为竖直设置且从上往下螺旋。
进一步优选为：所述釜体底部中心逐渐向上延伸，形成中心柱，所述中心柱内设置有中心孔，所述中心孔与所述夹套连通；
所述螺旋板位于所述中心柱与所述釜体侧壁之间。
进一步优选为：所述中心柱顶部开设有插槽，所述连接轴底部固定有插块，所述插块插设在所述插槽内且在所述插槽内转动。
进一步优选为：所述顶盖包括外盖、凸缘和内盖，所述进料口开设在所述外盖上，所述内盖位于所述外盖内部，所述外盖与所述内盖之间设置储液腔；
所述凸缘固定在所述内盖和所述外盖的四周边缘，所述凸缘上开设有下料孔，所述下料孔位于所述储液腔底部，所述内盖底部设置有延伸部，所述延伸部向下呈扩口状，所述延伸部上部与所述内盖固定，下部与所述釜体内壁靠近，所述下料孔位于所述延伸部上方，以使所述储液腔中的溶液通过下料孔滴落到所述延伸部表面，再从所述延伸部四周边缘滴出并沿所述釜体侧壁流下。
进一步优选为：所述外盖和内盖均为椭圆状且内弧面均朝向下方。
进一步优选为：所述釜体与所述夹套之间连接有连接柱，所述连接柱位于所述釜体底部，所述出料口位于所述釜体底部最低处。
进一步优选为：所述上连接杆、螺旋板、中连接杆、支撑杆和下连接杆均设置有两个，两个所述上连接杆、螺旋板、中连接杆、支撑杆和下连接杆均位于所述中心柱的相对两侧。
综上所述，本发明具有以下有益效果：采用水解法制备纳米二氧化钛粉体，用价格价廉的四氯化钛为原料,通过向四氯化钛水溶液中加入硫酸铵溶液来控制水解并用氨水来调节ph值,制备出粒径均匀的纳米二氧化钛粉体。工艺简单，流程短，原料来源广泛，所得产品粒度大小均匀。通过搪瓷反应釜来制备纳米二氧化钛，提高了生产效率和产品质量。
附图说明
图1是实施例的结构示意图，主要用于体现搪瓷反应釜的整体结构；
图2是实施例的剖视示意图，主要用于体现搪瓷反应釜的内部结构；
图3是实施例的剖视示意图，主要用于体现釜体的结构；
图4是实施例的结构示意图，主要用于体现搅拌装置的结构；
图5是实施例的结构示意图，主要用于体现顶盖的结构；
图6是实施例的剖视示意图，主要用于体现顶盖的结构。
图中，1、夹套；2、支腿；3、出料口；4、顶盖；41、外盖；42、凸缘；43、延伸部；44、下料孔；45、内盖；46、储液腔；5、进料口；6、搅拌装置；61、电机；62、连接轴；63、上连接杆；64、螺旋板；65、中连接杆；66、支撑杆；67、下连接杆；68、插块；7、电热管；8、釜体；9、连接柱；10、中心柱；11、中心孔；12、插槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
s1、混合体系的制备
在常温条件下，将87.5l的1mol/l四氯化钛水溶液和105l的1mol/l氨水分别加入到反应釜中混合，搅拌3分钟后，加入一定量的硫酸铵，制得混合体系，混合体系中so42-浓度为0.03mol/l。
s2、锐钛矿相纳米二氧化钛浆体的制备
对混合体系进行升温加热处理，在升温过程中进行搅拌，当温度升至110℃后，停止升温，并保温1.5h，得到锐钛矿相纳米二氧化钛浆体。
步骤s1和步骤s2都在反应釜中进行反应，由于四氯化钛水溶液、氨水等均具有一定腐蚀性，因此反应釜选用搪瓷反应釜。由于搪瓷反应釜的内衬含高二氧化硅的玻璃，且经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品，因此具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，防腐蚀较好。
s3、锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的制备
在锐钛矿相纳米二氧化钛浆体中加入1.5mol/l的氢氧化钠水溶液进行ph值调节，直至呈中性，即ph值为7，然后用去离子水水洗至滤液中不含氯离子，在105℃下，鼓风干燥1.5h，得到粉体状的纳米材料-锐钛矿型纳米二氧化钛a。
如图1-6所示，搪瓷反应釜包括夹套1、顶盖4、搅拌装置6、支腿2和釜体8。夹套1包覆在釜体8表面四周及底部，夹套1内安装有电热管7，电热管7用于对釜体8表面进行加热，加热管安装在釜体8四周。支腿2下端用于支撑在基础地面上，上端固定在夹套1底部或穿过夹套1固定在釜体8底部，支腿2设置有三个，三个支腿2均布在釜体8底部四周。为了加强夹套1与釜体8之间的连接，且为了保持夹套1与釜体8之间的空隙，具体的，釜体8与夹套1之间连接有连接柱9。连接柱9位于釜体8底部，连接柱9设置有三个，三个连接柱9均布在釜体8底部四周。
在上述技术方案中，为了实现温度的精准控制和调节，该搪瓷反应釜采用电加热的方式，因此在夹套1内设置了电热管7，便于实现控温功能。由于反应釜电加热温控调节的方式为现有技术，任意一种方式均可应用到本搪瓷反应釜中，因此对于电热管7的具体安装结构及工作原理、过程，本发明不再赘述。
如图1-6所示，顶盖4盖设在釜体8顶部，顶盖4上设置有进料口5，釜体8底部设置有出料口3。釜体8底部中心逐渐向上延伸，形成中心柱10，中心柱10顶部位于釜体8中部。中心柱10由下往上直径逐渐变小，使得中心柱10呈圆台状。中心柱10内设置有中心孔11，中心孔11下端与夹套1连通，中心孔11为等径设置。釜体8最低处位于中心柱10与釜体8侧壁之间，出料口3位于釜体8底部最低处且穿过釜体8外侧的夹套1。
在上述技术方案中，夹套1只包覆在釜体8四周表面及底面，虽设置了搅拌装置6，用于搅拌釜体8内的物料，但是釜体8内部物料受热还是不太均匀，尤其是釜体8公称直径较大时，釜体8中部物料受热非常缓慢，导致受热不均，升温速度也会较慢，热损失也会比较大。为了克服上述缺陷，本发明的釜体8底部中心向上延伸形成了一个与夹套1连通的中心柱10，用于加热中部物料，使得釜体8内的物料能充分且均匀受热，缩短升温时间。
如图1-6所示，搅拌装置6包括电机61、连接轴62、上连接杆63、螺旋板64、中连接杆65、支撑杆66和下连接杆67。电机61位于顶盖4上方且安装在顶盖4中心，连接轴62上端穿过顶盖4且连接在电机61输出轴上，下端插设在釜体8内部中心。连接轴62中心轴与中心柱10中心轴位于同一直线上。上连接杆63、螺旋板64、中连接杆65、支撑杆66和下连接杆67均设置有两个，两个上连接杆63、螺旋板64、中连接杆65、支撑杆66和下连接杆67均位于中心柱10的相对两侧且均处于中心柱10与釜体8侧壁之间。
如图1-6所示，上连接杆63、中连接杆65和下连接杆67上下依次设置，螺旋板64安装在上连接杆63、中连接杆65和下连接杆67上。具体的，螺旋板64上端固定在上连接杆63底面，下端固定在下连接杆67顶面，中连接杆65一端与连接轴62下部连接，另一端与螺旋板64固定。上连接杆63和中连接杆65均固定在连接轴62上，下连接杆67通过支撑杆66与中连接杆65连接。具体的，支撑杆66上端固定在中连接杆65底面，下端固定在下连接杆67上。螺旋板64为竖直设置且从上往下螺旋，中心柱10相对两侧的两个螺旋板64的旋向可以相同也可以相反。中心柱10顶部开设有插槽12，连接轴62底部固定有与插槽12相适配的插块68，插块68插设在插槽12内且在插槽12内转动。
在上述技术方案中，搅拌装置6主要用于搅拌釜体8中的物料，使得物料快速分散、混合均匀、受热充分且均匀等。目前市面上的搅拌装置6一般为桨式搅拌器、螺旋式搅拌器和框式搅拌器，框式搅拌器为低速经流行，阻力较大，不适合高速旋转下使用，搅拌时以水平环向为主，一般在层流状态下工作，因此分散度不高，不利于混合物料快速的均匀混合；螺旋式搅拌器和桨式搅拌器的搅拌分散性相对于框式搅拌器来说，要好一些，但是不适合安装在本发明的釜体8中使用，且桨式搅拌器要想起到较好的搅拌效果，通常要设置好几组桨叶。本发明采用螺旋板64来搅拌釜体8中的物料，搅拌时能产生各个方向流动的水流，混合效果更好，且阻力较小。
如图1-6所示，顶盖4包括外盖41、凸缘42和内盖45。进料口5开设在外盖41中心一侧，内盖45位于外盖41内部，外盖41与内盖45之间设置储液腔46，用于暂时储存待加入的液体物料。凸缘42固定在内盖45和外盖41的底部四周边缘，凸缘42与釜体8法兰连接。凸缘42上开设有下料孔44，下料孔44位于储液腔46底部且绕设在内盖45四周，内盖45底部设置有延伸部43，延伸部43向下呈扩口状。延伸部43上部与内盖45固定，下部与釜体8内壁靠近，下料孔44位于延伸部43上方，以使储液腔46中溶液通过下料孔44滴落到延伸部43表面，再从延伸部43四周边缘滴出并沿釜体8侧壁缓慢流下。外盖41和内盖45均为椭圆状且内弧面均朝向下方。为了方便非液体物料的添加，可以在顶盖4上再开设一个加料口(图中未示出)，加料口应贯穿外盖41和内盖45，并与釜体8直接连通。顶盖4材质应与釜体8内衬材质相同，均具有较好的耐腐蚀性。
在上述技术方案中，四氯化钛水溶液、氨水等液体物料添加时，先将其通过进料口5倒入到储液腔46中，使其通过下料孔44滴落到延伸部43表面，再从延伸部43四周边缘滴出并沿釜体8侧壁缓慢流下，减少溶液添加过程中，出现溅液现象，防止溶液通过进料口5溅出。
实施例2：一种纳米二氧化钛的制备方法，与实施例1的区别在于，包括以下步骤：
s1、混合体系的制备
在常温条件下，将104l的1mol/l四氯化钛水溶液和156l的1mol/l氨水分别加入到反应釜中混合，搅拌2分钟后，加入一定量的硫酸铵，制得混合体系，混合体系中so42-浓度为0.02mol/l。
s2、锐钛矿相纳米二氧化钛浆体的制备
对混合体系进行升温加热处理，在升温过程中进行搅拌，当温度升至105℃后，停止升温，并保温1.5h，得到锐钛矿相纳米二氧化钛浆体。
s3、锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的制备
在锐钛矿相纳米二氧化钛浆体中加入1.5mol/l的氢氧化钠水溶液进行ph值调节，直至呈中性，即ph值为7，然后用去离子水水洗至滤液中不含氯离子，在100℃下，鼓风干燥1.5h，得到粉体状的纳米材料-锐钛矿型纳米二氧化钛b。
实施例3：一种纳米二氧化钛的制备方法，与实施例1的区别在于，包括以下步骤：
s1、混合体系的制备
在常温条件下，将120l的1mol/l四氯化钛水溶液和156l的1mol/l氨水分别加入到反应釜中混合，搅拌5分钟后，加入一定量的硫酸铵，制得混合体系，混合体系中so42-浓度为0.05mol/l。
s2、锐钛矿相纳米二氧化钛浆体的制备
对混合体系进行升温加热处理，在升温过程中进行搅拌，当温度升至115℃后，停止升温，并保温1.5h，得到锐钛矿相纳米二氧化钛浆体。
s3、锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的制备
在锐钛矿相纳米二氧化钛浆体中加入1.5mol/l的氢氧化钠水溶液进行ph值调节，直至呈中性，即ph值为7，然后用去离子水水洗至滤液中不含氯离子，在110℃下，鼓风干燥1.5h，得到粉体状的纳米材料-锐钛矿型纳米二氧化钛c。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
s1、混合体系的制备
在常温条件下，将1mol/l的四氯化钛水溶液、1mol/l的氨水加入到反应釜中混合，搅拌2-5分钟后，加入硫酸铵，制得so42-浓度为0.02-0.05mol/l的混合体系；
s2、锐钛矿相纳米二氧化钛浆体的制备
对所述混合体系进行升温加热处理，在升温过程中进行搅拌，当温度升至105-115℃后，停止升温，并保温1.5h，得到锐钛矿相纳米二氧化钛浆体；
s3、锐钛矿型纳米二氧化钛粉体的制备
在锐钛矿相纳米二氧化钛浆体中加入1.5mol/l的氢氧化钠水溶液进行ph值调节，直至呈中性，然后水洗至滤液中不含氯离子，在100-110℃下，鼓风干燥1.5h，得到粉体状的锐钛矿型纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述氨水与所述四氯化钛水溶液的体积比为(1.2-1.5)：1。
3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述反应釜为搪瓷反应釜。
4.根据权利要求3所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述搪瓷反应釜包括夹套(1)、顶盖(4)、搅拌装置(6)和釜体(8)，所述夹套(1)包覆在所述釜体(8)四周及底部，所述夹套(1)内安装有电热管(7)；
所述顶盖(4)盖设在所述釜体(8)顶部，所述顶盖(4)上设置有进料口(5)，所述釜体(8)底部设置有出料口(3)；
所述搅拌装置(6)包括电机(61)、连接轴(62)、上连接杆(63)、螺旋板(64)、中连接杆(65)、支撑杆(66)和下连接杆(67)，所述电机(61)安装在所述顶盖(4)中心，所述连接轴(62)上端连接在所述电机(61)输出轴上，下端插设在所述釜体(8)内；
所述上连接杆(63)、中连接杆(65)和下连接杆(67)上下依次设置，所述螺旋板(64)安装在所述上连接杆(63)、中连接杆(65)和下连接杆(67)上，所述上连接杆(63)和所述中连接杆(65)固定在所述连接轴(62)上，所述下连接杆(67)通过所述支撑杆(66)与所述中连接杆(65)连接；
所述螺旋板(64)为竖直设置且从上往下螺旋。
5.根据权利要求4所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述釜体(8)底部中心逐渐向上延伸，形成中心柱(10)，所述中心柱(10)内设置有中心孔(11)，所述中心孔(11)与所述夹套(1)连通；
所述螺旋板(64)位于所述中心柱(10)与所述釜体(8)侧壁之间。
6.根据权利要求5所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述中心柱(10)顶部开设有插槽(12)，所述连接轴(62)底部固定有插块(68)，所述插块(68)插设在所述插槽(12)内且在所述插槽(12)内转动。
7.根据权利要求5所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述顶盖(4)包括外盖(41)、凸缘(42)和内盖(45)，所述进料口(5)开设在所述外盖(41)上，所述内盖(45)位于所述外盖(41)内部，所述外盖(41)与所述内盖(45)之间设置储液腔(46)；
所述凸缘(42)固定在所述内盖(45)和所述外盖(41)的四周边缘，所述凸缘(42)上开设有下料孔(44)，所述下料孔(44)位于所述储液腔(46)底部，所述内盖(45)底部设置有延伸部(43)，所述延伸部(43)向下呈扩口状，所述延伸部(43)上部与所述内盖(45)固定，下部与所述釜体(8)内壁靠近，所述下料孔(44)位于所述延伸部(43)上方，以使所述储液腔(46)中的溶液通过下料孔(44)滴落到所述延伸部(43)表面，再从所述延伸部(43)四周边缘滴出并沿所述釜体(8)侧壁流下。
8.根据权利要求7所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述外盖(41)和内盖(45)均为椭圆状且内弧面均朝向下方。
9.根据权利要求5所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述釜体(8)与所述夹套(1)之间连接有连接柱(9)，所述连接柱(9)位于所述釜体(8)底部，所述出料口(3)位于所述釜体(8)底部最低处。
10.根据权利要求5所述的一种纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于：所述上连接杆(63)、螺旋板(64)、中连接杆(65)、支撑杆(66)和下连接杆(67)均设置有两个，两个所述上连接杆(63)、螺旋板(64)、中连接杆(65)、支撑杆(66)和下连接杆(67)均位于所述中心柱(10)的相对两侧。
技术总结