CN104048895B - 一种二氧化钛表面羟基含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够定量测定二氧化钛样品表面羟基含量的方法，该方法的步骤为：A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220～250℃；B、准确称取m₂质量的步骤A所得二氧化钛样品均匀分散在水中；C、在加热搅拌反应条件下，将步骤B均匀分散的所述二氧化钛样品与盐酸标准溶液或硝酸标准溶液接触；D、将步骤C接触后所得的混合物进行固液分离，得到分离溶液；E、将步骤D中的分离溶液定容到一定体积，得到定容后溶液；F、测定步骤E中所述定容后溶液的pH值。根据公式1和公式2计算二氧化钛表面羟基的含量。本发明的方法能准确定量测定二氧化钛样品表面羟基的含量，且操作简单。

Description

一种二氧化钛表面羟基含量的测定方法

技术领域

本发明涉及一种测定二氧化钛表面氢键合羟基含量的方法，以及一种测定二氧化钛表面羟基总含量的方法。

背景技术

二氧化钛因化学稳定性好、无毒、价廉等优点，在多相光催化、太阳能电池、抗菌建筑材料和光照疗法等众多领域应用广泛，具有广阔的前景。二氧化钛表面含有丰富的羟基基团，从热稳定性上主要分为两种，一种为热稳定性较低的氢键合羟基，另一种为热稳定性较高的孤立羟基。表面羟基的类别和性质对研究二氧化钛的吸附及光催化作用本质有非常重要的意义。目前，二氧化钛表面羟基的研究主要集中在利用原位红外光谱对表面羟基定性上，对通过分别测定氢键合羟基含量和孤立羟基含量而测定二氧化钛表面羟基分析方法尚无公开文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确测定二氧化钛样品表面氢键合羟基含量的方法和二氧化钛样品表面总羟基含量的方法。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种测定二氧化钛表面氢键合羟基含量的方法，该方法包括以下步骤：

A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220-250℃；

B、根据如下计算公式确定所述二氧化钛样品中表面氢键合羟基含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式1

式中：m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种测定二氧化钛样品表面羟基总含量的方法，该方法包括以下步骤：

A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220-250℃；

B、准确称取m₂质量的步骤A所得二氧化钛样品均匀分散在水中；

C、在加热搅拌反应条件下，将步骤B均匀分散的所述二氧化钛样品与盐酸标准溶液或硝酸标准溶液接触；

D、将步骤C接触后所得的混合物进行固液分离，得到分离溶液；

E、将步骤D中的分离溶液定容到一定体积，得到定容后溶液；

F、测定步骤E中所述定容后溶液的pH值，根据如下计算公式确定所述二氧化钛样品中表面羟基总含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-\mathrm{pH}}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—盐酸标准溶液或硝酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入盐酸标准溶液或硝酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

本发明的方法能够准确定量测定二氧化钛样品表面氢键合羟基的含量和二氧化钛样品表面总羟基的含量，而且该方法操作简单，所用试剂易得，所用实验仪器常规。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明一方面提供了一种测定二氧化钛表面氢键合羟基含量的方法，该方法包括以下步骤：

A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220-250℃；

B、根据如下计算公式确定所述二氧化钛样品中表面氢键合羟基含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式1

式中：m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g。

本发明另一方面提供了一种测定二氧化钛表面羟基总含量的方法，该方法包括以下步骤：

A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220-250℃；

B、准确称取m₂质量的步骤A所得二氧化钛样品均匀分散在水中；

C、在加热搅拌反应条件下，将步骤B均匀分散的所述二氧化钛样品与盐酸标准溶液或硝酸标准溶液接触；

D、将步骤C接触后所得的混合物进行固液分离，得到分离溶液；

E、将步骤D中的分离溶液定容到一定体积，得到定容后溶液；

F、测定步骤E中所述定容后溶液的pH值，根据如下计算公式确定所述二氧化钛样品中表面羟基总含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-\mathrm{pH}}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—盐酸标准溶液或硝酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入盐酸标准溶液或硝酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

根据本发明所述的方法，其中，步骤A中，所述烘干温度为220-250℃，二氧化钛表面氢键合羟基热稳定性较低，一般在200℃左右处理会消失；孤立羟基热稳定性较高，性质较为稳定，一般在350℃或更高温度时才会消失，因此，在本发明的测定步骤A中选取了在220-250℃烘干二氧化钛样品至恒重，温度过低，氢键合羟基不易消失，温度过高，孤立羟基可能会消失。为了更准确地测定二氧化钛表面氢键合羟基含量，优选地，所述烘干温度为230-240℃。

所述烘干优选在电热恒温鼓风干燥箱中进行。

根据本发明所述的方法，其中，步骤B中，水的用量可以在较宽范围内选择，只要能使二氧化钛样品均匀分散即可，优选情况下，相对于0.5000g分散在水中的二氧化钛样品，水的体积为50-200mL，更优选为100mL。

根据本发明所述的方法，其中，步骤B中，所述分散可以在任何公知的方法下进行，只要能使二氧化钛样品均匀的分散在水中即可，优选情况下，所述分散先用玻璃棒搅拌二氧化钛溶液为悬浊液，再在超声波存在下进行继续分散。

所述超声波的频率可以是现有的各种超声波频率，为了使二氧化钛样品在水中充分的分散，优选情况下，所述超声波频率为30-80kHz；超声波分散的时间为2-3min。

根据本发明所述的方法，其中，步骤C中，所述加热搅拌反应条件只要能够使得二氧化钛表面的羟基完全反应且酸余量在精密pH计可测定范围内即可，优选情况下，所述搅拌时间为1-1.5h；所述加热温度为30-35℃。

所述盐酸或硝酸标准溶液的用量可以在较宽范围内选择，只要能够使得二氧化钛表面的羟基完全反应且酸余量在精密pH计可测定范围内即可。优选地，所述盐酸或硝酸标准溶液的浓度为0.005-0.008mol/L；相对于0.5000g分散在水中的二氧化钛样品，所述盐酸或硝酸标准溶液的体积为5-10mL。

根据本发明所述的方法，其中，步骤D中，所述固液分离的方式可以在任何公知的方法下进行，只要能最终得到澄清的滤液即可。优选情况下，所述固液分离的方式包括将步骤C接触所得混合物依次进行静置沉降和过滤，并将滤液进行离心分离。

所述静置沉降时间为3-10小时，优选为5-8小时，所述过滤优选为滤纸过滤，更优选为快速滤纸过滤，所述离心分离优选为离心机离心分离，更优选为高速离心机离心分离，转速为5000-10000r/min，最终得到澄清溶液；将澄清溶液冷却至室温，便于步骤E中准确定容。

根据本发明所述的方法，其中，相对于0.5000g分散在水中的二氧化钛样品，步骤E中，离心后澄清溶液，定容的体积可以为50-200mL，优选为100mL。

步骤E中只要能准确测定滤液的pH值即可，优选情况下，所述pH值的测定方法为pH计测定，优选为精密pH计测定定容后溶液的pH值，便于以后精确计算。pH值的测定可按照相应的分析方法GB/T6920-1986《水质pH值的测定玻璃电极法》中所述操作步骤进行。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例和对比例的二氧化钛样品为市售品。

实施例1

本实施例用于说明本发明的二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基总含量的测定方法。

准确称取二氧化钛样品1.000g于蒸发皿中，置于电热恒温鼓风干燥箱230℃烘干至恒重并称重。准确称取烘至恒重二氧化钛样品0.5000g于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，以玻璃棒搅拌溶液分散为悬浊液，将二氧化钛样品置于超声波中分散2min，超声波的频率为80kHz，冷却至室温；向二氧化钛样品中滴加盐酸标准溶液（0.005mol/L）8mL，并于磁力搅拌器上30℃恒温搅拌1h，使二氧化钛样品表面羟基与盐酸标准溶液充分反应，反应完全后静置沉降5小时。用快速滤纸过滤，将滤液置于高速离心机中分离，倾出上层清液定容至100mL，转移至100mL烧杯中，采用精密pH计按照GB/T6920-1986测定溶液pH值。然后根据下述公式1计算二氧化钛表面氢键合羟基的含量，根据下述公式2计算二氧化钛表面羟基的总含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式1

$\mathrm{OH}\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-\mathrm{pH}}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—盐酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入盐酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

对同一个二氧化钛样品按照上述方法进行11次独立测定，所述二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基的总含量的测定结果和统计方法的精密度，如表1所示。

表1

由表1可见方法精密度好，稳定可靠。

实施例2

本实施例用于说明本发明的二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基总含量的测定方法。

准确称取二氧化钛样品1.000g于蒸发皿中，置于电热恒温鼓风干燥箱240℃烘干至恒重并称重。准确称取烘至恒重二氧化钛样品0.5000g置于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，以玻璃棒搅拌溶液分散为悬浊液，将二氧化钛样品置于超声波中分散3min，超声波的频率为30kHz，冷却至室温；向二氧化钛样品中滴加硝酸标准溶液（0.005mol/L）8mL，并于磁力搅拌器上35℃恒温搅拌1.5h，使二氧化钛样品表面羟基与硝酸标准溶液充分反应，反应完全后，二氧化钛样品静置沉降5小时。用快速滤纸过滤，将滤液置于高速离心机中分离，倾出上层清液定容至100mL，转移至100mL烧杯中，采用精密pH计按照GB/T6920-1986测定溶液pH值。然后根据下述公式1计算二氧化钛表面氢键合羟基的含量，根据下述公式2计算二氧化钛表面羟基的总含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式1

$\mathrm{OH}\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-\mathrm{pH}}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—硝酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入硝酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

对同一个二氧化钛样品按照上述方法进行11次独立测定，所述二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基的总含量的测定结果和统计方法的精密度，如表2所示。

表2

由表2可见方法精密度好，稳定可靠。

实施例3

本实施例用于说明本发明的二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基总含量的测定方法。

准确称取二氧化钛样品1.000g于蒸发皿中，置于电热恒温鼓风干燥箱250℃烘干至恒重并称重。准确称取烘至恒重二氧化钛样品0.5000g置于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，以玻璃棒搅拌溶液分散为悬浊液，将二氧化钛样品置于超声波中分散2.5min，超声波的频率为40kHz，冷却至室温；向二氧化钛样品中滴加硝酸标准溶液（0.008mol/L）5mL，并于磁力搅拌器上33℃恒温搅拌1.2h，使二氧化钛样品表面羟基与硝酸标准溶液充分反应，反应完全后，二氧化钛样品静置沉降8小时。用快速滤纸过滤，将滤液置于高速离心机中分离，倾出上层清液定容至100mL，转移至100mL烧杯中，采用精密pH计按照GB/T6920-1986测定溶液pH值。然后根据下述公式1计算二氧化钛表面氢键合羟基的含量，根据下述公式2计算二氧化钛表面羟基的总含量：

$\mathrm{OH}\%=\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式1

$\mathrm{OH}\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-\mathrm{pH}}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—硝酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入硝酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

对同一个二氧化钛样品按照上述方法进行11次独立测定，所述二氧化钛表面氢键合羟基的含量和羟基的总含量的测定结果和统计方法的精密度，如表3所示。

表3

由表3可见方法精密度好，稳定可靠。

由表1-3的数据比较可以看出，本发明的二氧化钛样品表面氢键合羟基的含量和羟基总含量的测定方法精密度好，稳定可靠，加入盐酸标准溶液与加入硝酸标准溶液测定二氧化钛样品表面总羟基的含量的分析结果基本一致。

因此，使用本发明的所述方法能够准确定量测定二氧化钛样品表面氢键合羟基的含量和二氧化钛样品表面总羟基的含量，而且该方法操作简单，所用试剂易得，所用实验仪器常规。

本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种测定二氧化钛样品表面羟基总含量的方法，该方法包括以下步骤：

A、准确称取m质量的二氧化钛样品，烘干至恒重m₁，所述烘干温度为220-250℃；

B、准确称取m₂质量的步骤A所得二氧化钛样品均匀分散在水中；

C、在加热搅拌反应条件下，将步骤B均匀分散的所述二氧化钛样品与盐酸标准溶液或硝酸标准溶液接触；

D、将步骤C接触后所得的混合物进行固液分离，得到分离溶液；

E、将步骤D中的分离溶液定容到一定体积，得到定容后溶液；

F、测定步骤E中所述定容后溶液的pH值，根据如下计算公式确定所述二氧化钛样品中表面羟基总含量：

$OH\%=\frac{(C_1{V}_1-{10}^{-pH}\×V_2)\×17.01\×{10}^{-3}}{m_2}\×100+\frac{m-m_1}{m}\×100$ 公式2

式中：C₁—盐酸标准溶液或硝酸标准溶液浓度，mol/L；

V₁—加入盐酸标准溶液或硝酸标准溶液体积，mL；

V₂—定容后的体积，mL；

17.01—表面羟基的摩尔质量，g/mol；

pH—步骤F测得的pH值；

m—称取的二氧化钛样品的质量，g；

m₁—烘干至恒重后二氧化钛样品的质量，g；

m₂—分散在水中的二氧化钛样品的质量，g。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤A中，所述烘干温度为230-240℃，所述烘干在电热恒温鼓风干燥箱中进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤B中，所述分散在超声波存在下进行，超声波的频率为30-80kHz，分散的时间为2-3min。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤C中，所述加热搅拌反应条件包括：搅拌时间为1-1.5h；所述加热温度为30-35℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤C中，所述盐酸标准溶液或硝酸标准溶液的浓度为0.005-0.008mol/L。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤C中，所述盐酸或硝酸标准溶液的体积为5-10mL。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，步骤F中，使用精密pH计测定步骤E得到的定容后溶液的pH值。