一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。
[0002]背景介紹
[0003]超親水表面(水接觸角小于5°)，在自清潔、防霧、抗菌、生物醫(yī)學應(yīng)用、藥物傳送系統(tǒng)、太陽能電池、熱傳遞等方面有著廣泛的應(yīng)用。1997年Fujishima研究組報道了T12薄膜在紫外光照射下，水與T12薄膜接觸角(CA)由幾十度迅速變小，最后達到幾乎0°，呈現(xiàn)出超親水性;停止光照后，將T12薄膜在黑暗中放置一段時間，CA會逐步增大重新恢復到原始狀態(tài)，若再經(jīng)照射又會變成超親水狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)引起了人們對超親水T12薄膜極大的研究興趣。為了使這種性能更加優(yōu)異，人們開始從T12的微觀結(jié)構(gòu)著手，而空心二氧化鈦具有極大的比表面積，光催化性能更加優(yōu)異。
[0004]自然界中的T12呈白色固體或者粉末狀。按照晶型的不同，可以將納米二氧化鈦分為銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。在這三種晶型中，銳鈦礦型的結(jié)構(gòu)高度對稱，光催化活性高;可作為一種性能優(yōu)異的防霧功能粉體，目前該技術(shù)只要有光照就能表現(xiàn)出良好的親水性能，但在要求不高的環(huán)境下也具有實用性，近年來已有學者在二氧化鈦中摻雜稀有元素可以做到不需要光而體現(xiàn)出強的親水性。金紅石型具有很高的硬度、密度、介電常數(shù)、折射率和抗還原性，是目前最受關(guān)注的晶型;而板鈦礦型在晶面上有裸露的氧原子，晶體屬于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，其相關(guān)的研究報道較少。在不同的溫度下，這三種晶型還可以相互轉(zhuǎn)化故只要控制好溫度，控制晶型轉(zhuǎn)變程度，即可得到同時具有光催化活性和力學強度的Ti02。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。本發(fā)明采用乳液聚合并用甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)改性聚苯乙烯微球為核，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法和吸附相反應(yīng)的方法制得聚苯乙烯-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)，再高溫煅燒得到空心二氧化鈦。二氧化鈦具有光催化效應(yīng)，而空心二氧化鈦由于其更大的比表面積，光敏效果更好。本發(fā)明所得空心二氧化鈦摻雜在樹脂中隨著樹脂的固化，其會向表面迀移，不僅能提升樹脂的親水性，硬度、耐磨性、耐高溫性能和以及透明性都有所提升。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法，包括如下步驟:
[0008](I)藥品提純:將購買的苯乙烯用一定濃度的氫氧化鈉溶液洗滌數(shù)次，再用超純水洗滌多次，以除去阻聚劑，直到溶液呈中性，加入少量無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用。
[0009](2)改性聚苯乙烯微球的合成:利用過硫酸鉀做引發(fā)劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做穩(wěn)定劑，水做反應(yīng)媒介，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)作改性單體。采用無皂乳液聚合法制備PS微球。將反應(yīng)制得的產(chǎn)物，經(jīng)離心、水洗和超聲分散循環(huán)多次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯和穩(wěn)定劑，將最終的產(chǎn)物干燥待用。
[0010](3)吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:以上述改性聚苯乙烯為核，以蒸餾水為吸附層，以NaOH為吸附質(zhì)，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，在吸附層發(fā)生水解反應(yīng)。
[0011](4)高溫處理:離心洗滌，高溫煅燒除去聚苯乙烯核，同時控制好溫度，使銳鈦礦型T12部分轉(zhuǎn)變成金紅石型T12。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
[0013]藥品提純:取購買的苯乙烯15ml，用lmol/L的氫氧化鈉溶液洗滌3次，再用超純水洗滌3次，以除去阻聚劑，用pH計檢測直到溶液呈中性，加入2g無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用。
[0014]改性聚苯乙烯微球的合成:取帶有攪拌器、冷凝管和氮氣保護的250ml四口燒瓶，加入1ml苯乙稀單體，Iml甲基丙稀酸輕丙基磺酸鈉(HMPS)，10ml超純水，0.2g聚乙稀卩比略烷酮(PVP)作穩(wěn)定劑加入到250ml四口燒瓶中，室溫條件下混合均勻，同時通氮氣除去水中的溶解氣。然后將0.4g過硫酸鉀作引發(fā)劑溶解在20ml超純水中，加入上述四口燒瓶中，加熱到70°C，保持24小時，得到平均粒徑為400nm的聚苯乙烯微球白色懸浮液；設(shè)置轉(zhuǎn)速為9000r/min將反應(yīng)制得的產(chǎn)物離心5min，再用超純水清洗，再超聲分散重復處理三次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯、甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉和穩(wěn)定劑，最后將制得聚苯乙烯，置入60°C烘箱中干燥。
[0015]吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:稱取上述lg，在120°C下干燥lOmin，置于500ml燒杯中，加入200ml無水乙醇，超聲分散15min，將聚苯乙稀分散液置于磁力攪拌機上，在快速攪拌下緩慢加入2ml蒸饋水，加完后繼續(xù)攪拌I Omin，再加入濃度為Imo I/L的NaOH，攪拌
0.5h;最后加入5.66g鈦酸四丁酯(TBOT)，控制溫度為25°C，攪拌2h。
[00? 6] 高溫處理:設(shè)置轉(zhuǎn)速為9000r/min將上述產(chǎn)物離心5min，再用乙醇清洗，再超聲分散，重復處理三次，除掉未完全反應(yīng)的雜質(zhì)，置入60°C烘箱中干燥，碾碎；最后置于550°C馬弗爐中煅燒，得到晶型穩(wěn)定的空心T12微球。
【主權(quán)項】
1.一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法，其特征步驟為: (1)藥品提純:將購買的苯乙烯用lmol/L的氫氧化鈉溶液洗滌三次，再用超純水洗滌三次，以除去阻聚劑，直到溶液呈中性，加入2-3g無水氯化鈣固體，除去水，密封低溫保存，待用； (2)改性聚苯乙烯微球的合成:利用過硫酸鉀做引發(fā)劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做穩(wěn)定劑，水做反應(yīng)媒介，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉(HMPS)作改性單體;采用無皂乳液聚合法制備PS微球;將反應(yīng)制得的產(chǎn)物，經(jīng)離心、水洗和超聲分散循環(huán)三次，除掉未完全反應(yīng)的苯乙烯和穩(wěn)定劑，將最終的產(chǎn)物干燥待用； (3)吸附相反應(yīng)法制備核殼結(jié)構(gòu)T12:以上述改性聚苯乙烯為核，以蒸餾水為吸附層，以NaOH為吸附質(zhì)，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，在吸附層發(fā)生水解反應(yīng)； (4)高溫處理:離心洗滌，高溫煅燒除去聚苯乙烯核，同時控制溫度為500-600°C，使銳鈦礦型T12部分轉(zhuǎn)變成金紅石型T12。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種吸附相反應(yīng)制備空心二氧化鈦微球的方法。本發(fā)明采用乳液聚合并用甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉改性聚苯乙烯微球為核，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法和吸附相反應(yīng)的方法制得聚苯乙烯-二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)，再高溫煅燒得到空心二氧化鈦。二氧化鈦具有光催化效應(yīng)，而空心二氧化鈦由于其更大的比表面積，光敏效果更好。本發(fā)明所得空心二氧化鈦摻雜在樹脂中隨著樹脂的固化，其會向表面遷移，不僅能提升樹脂的親水性，硬度、耐磨性、耐高溫性能和以及透明性都有所提升。
【IPC分類】C01G23/053
【公開號】CN105502485
【申請?zhí)枴緾N201510941327
【發(fā)明人】姚伯龍, 趙海平, 李洪萍, 王利魁, 鄭春森, 孫常青
【申請人】江南大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月16日