一种三氟氧钛酸铵的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种三氟氧钛酸铵（NH4TiOF3）的制备方法，采用氟钛酸铵（(NH4)2TiF6）溶液和氨水(NH4OH)溶液为原料，将氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合，15～50℃反应得到三氟氧钛酸铵。本发明提供的制备方法简单环保，反应温度低，得到的三氟氧钛酸铵粉体粒径小（1微米以下）且分布均匀，进一步优选为15～35℃可反应制备得到粒径范围300～600nm且分布均匀的三氟氧钛酸铵。
【专利说明】一种三氟氧钛酸按的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机物制备【技术领域】，具体涉及一种三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)的制备方法。
【背景技术】
[0002]由于二氧化钛(TiO2)独特的物理化学性质，其在环保和能源等领域有着广泛的应用前景。理论推算和实验结果均表明:如能增加高活性{001}晶面在二氧化钛材料表面所占的比例，将有助于提高其反应活性，增强其在各种应用中的效能。目前，用于制备{001}晶面暴露在外表面的二氧化钛材料的方法主要有两类:一类是通过氢氟酸(HF)或者氟化铵(NH4F)降低{001}晶面反应活性，以期能在最终产物中得以保留(Yang，H.G.et al.Nature, 2008, 453，638-641);另一类是通过三氟氧钛酸铵的拓扑转化反应制得(Zhou, L.et al.CrystEngComm, 2013, 15,5012-5015)。后一类方法相对于前一类而言，更简单，有毒化学品使用更少，有可能被应用于大规模生产。
[0003]目前，三氟氧钛酸铵主要是通过氟钛酸铵((NH4)2TiF6)和硼酸(H3BO3)反应制得，所得颗粒大小不一，形状不规整，不利于后期拓扑转化以制得{001}面暴露在外的二氧化钛材料。为了控制其大小以及形状，往往需要在反应体系中加入表面活性剂，这无形中又增加了制备成本。同时，目前方法所制得的三氟氧钛酸铵颗粒，尺寸普遍较大(3~5微米)，导致煅烧后所得比表面积较小，光催化活性有限，限制了其大规模应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种利用氟钛酸铵((NH4)2TiF6)溶液和氨水(NH4OH)溶液制备三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)的方法。该方法制备简单，反应温度低，得到的三氟氧钛酸铵粉体尺寸较小(I微米以下)并且分布均匀。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006]—种三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)的制备方法,采用氟钛酸铵溶液和氨水溶液为原料，将氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合，15~50°C反应得到三氟氧钛酸铵。
[0007]上述方案中，所述反应时间为I~24h。
[0008]上述方案中，所述氨水溶液以其中的有效氨水含量计与氟钛酸铵溶液中氟钛酸铵的摩尔比为1:2~4:3，反应温度为15~35°C。
[0009]上述方案中，所述氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合后所形成的混合液中氟钛酸铵的摩尔浓度为0.1~0.4mol/L，进一步优选为0.2~0.4mol/L。
[0010]上述方案中，所述反应时间优选为8~16h。
[0011]上述方案中，所述三氟氧钛酸铵的制备方法还包括反应结束后，将反应液离心得到沉淀，然后将沉淀依次用水、无水乙醇洗涤，干燥获得三氟氧钛酸铵粉体。
[0012]本发明的有益效 果是:制备方法简单环保，反应温度低，得到的三氟氧钛酸铵粉体尺寸较小(I微米以下)并且分布均匀，进一步优选为15~35°C可反应制备得到粒径范围300~600nm且分布均匀的三氟氧钛酸铵。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例一所制备的三氟氧钛酸铵的扫描电镜图；
[0014]图2为实施例二所制备的三氟氧钛酸铵的扫描电镜图；
[0015]图3为实施例三所制备的三氟氧钛酸铵的扫描电镜图；
[0016]图4中A为本发明实施例四所制备的三氟氧钛酸铵的XRD图，B为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)的标准XRD图(依据NH4TiOF3的标准PDF卡片绘制，N0.54-0239)；
[0017]图5为实施例十所制备的三氟氧钛酸铵的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0018]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0019]实施例一
[0020]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为2mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.2mol/L，氨水溶液中有效氨水含量和氟钛酸铵溶液中氟钛酸铵的摩尔比为2:3，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗涤过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗涤、离心(6000r/min，10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0021]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，SEM图如图1所示，由图可看出本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为500nm左右，多为四方块结构，且粒径大小分布均匀。
[0022]实施例二
[0023]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为2mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.2mol/L，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0024]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，SEM图如图2所示，由图可看出本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为500nm左右，多为四方块结构，且粒径大小分布均匀。
[0025]实施例三
[0026]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入1mL氨水 溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.3mol/L,混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀依此用水、无水乙醇洗涤，干燥即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0027]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，SEM图如图3所示，由图可看出本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，多为四方块结构，且粒径大小分布均匀。
[0028]实施例四
[0029]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0030]采用XRD对本实施例所制备的三氟氧钛酸铵粉体进行测试，所得XRD图如图4中A所示，与三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)的标准XRD图(B)对比发现，主要的衍射峰完全匹配，证实本发明实施例 所得粉体为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，且粒径大小分布均匀。
[0031]实施例五
[0032]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为4mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.4mol/L,混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀依此用水、无水乙醇洗涤，干燥即得到三氟氧钛酸铵粉体。。
[0033]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，且粒径大小分布均匀。
[0034]实施例六
[0035]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为4mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.4mol/L，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0036]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为300~500nm，且粒径大小分布均匀。
[0037]实施例七
[0038]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液,再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应2小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0039]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，且粒径大小分布均匀。
[0040]实施例八
[0041]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液,再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应4小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0042]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)15另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为500nm左右，且粒径大小分布均匀。
[0043]实施例九
[0044]称取0.5939g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液,再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.3mol/L,混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应12小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0045]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)15另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为500nm左右，且粒径大小分布均匀。
[0046]实施例十
[0047]称取0.5939g氟钛酸铵并 溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.3mol/L,氨水浓度为0.3mol/L,混合均匀后放入24°C恒温水浴中，反应16小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0048]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)15另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，SEM图如图5所示，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，且粒径大小分布均匀。
[0049]实施例^^一
[0050]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入15°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心，得到白色粉体沉淀，再将白色粉体沉淀依此用水、无水乙醇洗涤，干燥即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0051]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为200~400nm，且粒径大小分布均匀。
[0052]实施例十二
[0053]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入35°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出 混合液离心，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀依此用水、无水乙醇洗涤，干燥即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0054]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为400~600nm，且粒径大小分布均匀。
[0055]实施例十三
[0056]称取0.7919g氟钛酸铵并溶解于9mL去离子水中配成氟钛酸铵溶液，再向氟钛酸铵溶液中加入ImL氨水溶液(浓度为3mol/L)，所形成的混合液中氟钛酸铵浓度为0.4mol/L,氨水浓度为0.3mol/L，混合均匀后放入50°C恒温水浴中，反应8小时后得到含三氟氧钛酸铵的混合液，取出混合液离心(6000r/min，10分钟)，得到白色粉体沉淀。再将白色粉体沉淀加水用超声波清洗机进行超声分散洗涤，分散均匀后再次离心(6000r/min，10分钟)，并重复上述离心洗漆过程两次，最后加入无水乙醇超声分散洗漆、离心(6000r/min, 10分钟)，将得到的白色粉体放置于60°C烘箱中干燥12小时，即得到三氟氧钛酸铵粉体。
[0057]将本实施例所得的样品经XRD测试，得样品为三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3X另采用扫描电镜对本实施例所得三氟氧钛酸铵粉体进行测试，得本发明实施例所得三氟氧钛酸铵粉体粒径为800~lOOOnm，且粒径大小分布均匀。
[0058]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种三氟氧钛酸铵的制备方法,其特征在于:采用氟钛酸铵溶液和氨水溶液为原料，将氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合，15~50°C反应得到三氟氧钛酸铵。
2.根据权利要求1所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:所述反应时间为I ~24h。
3.根据权利要求1或2所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:所述氨水溶液以其中的有效氨水含量计与氟钛酸铵溶液中氟钛酸铵的摩尔比为1:2~4:3，反应温度为15 ~35?。
4.根据权利要求3所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:所述氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合后所形成的混合液中氟钛酸铵的摩尔浓度为0.1~0.4mol/L。
5.根据权利要求4所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:所述氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合后所形成的混合液中氟钛酸铵的摩尔浓度为0.2~0.4mol/L。
6.根据权利要求3所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:所述反应时间为8 ~16h0
7.根据权利要求3所述的三氟氧钛酸铵的制备方法，其特征在于:它还包括反应结束后，将反应液离心得到沉淀，然后将沉淀依次用水、无水乙醇洗涤，干燥获得三氟氧钛酸铵粉体。
【文档编号】C01G23/00GK103787408SQ201410015903
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】周磊, 郭艳娜, 吴雪静 申请人:华中科技大学