CN101319405A - TiO2纳米管和/或TiO2纳米须的制造方法 - Google Patents

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一种TiO2纳米管和/或TiO2纳米须的制造方法,包括如下步骤:(1)将TiO2粉末溶于pH为12~14的NaOH或KOH溶液,其中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶30~1∶150;(2)用超声波粉碎仪对步骤(1)得到的溶液进行超声30~100分钟,其中超声波粉碎仪的功率为200~600W,频率为20~50KHZ;(3)将经过步骤(2)后得到的溶液在100~140℃下加热2~5小时;(4)将经过步骤(3)后得到的溶液进行洗涤过滤至滤液呈中性,并干燥即得TiO2纳米管和/或TiO2纳米须。本发明的制造方法具有产率高、原材料成本低、条件容易控制、合成过程能耗低、设备简单等优点。

Description

TiO2纳米管和/或TiO2纳米须的制造方法
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的制造方法,特别涉及一种TiO2纳米管和/或TiO2纳米须的制造方法。
背景技术
TiO2作为一种具有良好光催化性能的半导体材料被广泛的应用于催化剂及催化剂载体。此外,TiO2在传感器、新型太阳能电池、电镀以及自清洁器件方面有广泛应用。目前催化材料的结构形式主要为纳米颗粒,光生电子-空穴易复合,光催化效率低;且常规采用的溶胶凝胶反应所需金属有机化合物原料成本高。TiO2纳米管具有中空和两端开口的管状结构,管壁一般由2~5个TiO2分子单层组成,层间距约0.8nm;与TiO2纳米颗粒结构相比,具有更大的比表面积和反应接触面,该单层具有大量不饱和悬挂键,表面活性更强;更重要的特点是管状半导体材料光生电子、空穴对迁移率高,易于利用掺杂径向PN节等结构的形成,以达到降低光生载流子复合几率的目的。因此,TiO2纳米管比一般纳米粒子有着更高的吸附能力、光催化反应截面和和量子效率。据报道氧化钛纳米管的光催化性能比其它任何形式的钛都要高大约100多倍,是目前最有潜力的TiO2光催化环境净化材料,有望解决目前TiO2光催化应用中存在的主要问题,在工业生产上具有很大的应用前景。
一维纳米结构材料制备方法国内外目前主要分为两大类:物理气相淀积法和液相化学制备法。物理法制备的特点是产品得率高、结构性能稳定,但对设备要求苛刻,相对成本也高。液相法的特点就是工艺简单灵活,但其对反应条件依赖性高,可控程度低,规模小得率低,不易于批量生产满足实际应用的需求。对于TiO2纳米管、TiO2纳米须结构材料,国内外主要合成方法有溶剂热法、模板法,电化学法等。这些方法存在的不足是需在一定条件下实现,如超分子化学试剂、有机无机模板、电化学反应装置、高温高压反应设备等,由于这些复杂条件的限制使得量产化程度低,只能满足实验室规模的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决了现有方法中需要特殊设备,特殊条件以及量产化程度低的缺陷,而提供了一种TiO2纳米管和/或TiO2纳米须的新型的制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种TiO2纳米管的制造方法,包括如下步骤:
(1)将TiO2粉末溶于PH为12~14的NaOH或KOH溶液,其中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶30~1∶150;
(2)用超声波粉碎仪对步骤(1)得到的溶液进行超声30~100分钟,其中超声波粉碎仪的功率为200~600W,频率为20~50KHZ;
(3)将经过步骤(2)后得到的溶液在100~140℃下加热2~5小时;
(4)将经过步骤(3)后得到的溶液进行洗涤过滤至滤液呈中性,并干燥即得TiO2纳米管和/或TiO2纳米须。
其中,步骤(1)中TiO2与NaOH或KOH的重量比优选为1∶60~1∶100。
其中,步骤(3)中的加热方式为油浴加热或空气浴加热。
其中,步骤(4)中的洗涤过滤是指直接去离子水洗涤过滤、离心沉降法洗涤过滤或者酸洗加去离子水洗涤过滤,其中酸洗中所用为0.1M~0.3M的HNO3或HCL溶液。
其中,步骤(4)中干燥在30℃~80℃的真空状态下进行。
本发明还提供了一种TiO2纳米须的制造方法,包括如下步骤:
(1)将TiO2粉末溶于PH为12~14的NaOH或KOH溶液,其中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶30~1∶150;
(2)用超声波粉碎仪对步骤(1)得到的溶液进行超声30~100分钟,其中超声波粉碎仪的功率为200~600W,频率为20~50KHZ;
(3)将经过步骤(2)后得到的溶液进行洗涤过滤至滤液呈中性,并干燥即得TiO2纳米管和/或TiO2纳米须。
其中,步骤(1)中TiO2与NaOH或KOH的重量比优选为1∶60~1∶100。
其中,步骤(3)中的洗涤过滤是指直接去离子水洗涤过滤、离心沉降法洗涤过滤或者酸洗加去离子水洗涤过滤,其中酸洗中所用为0.1M~0.3M的HNO3或HCL溶液。
其中,步骤(3)中干燥在30℃~80℃的真空状态下进行。
以上所用TiO2粉末的晶形不限,粒径不限。本发明的积极进步效果如下:
1、工艺简单、兼容性好,便于产业化;2、原材料价廉、时间短、能耗少,生产成本低;3、制得的材料尺寸均一;4、得率高,大于90%;5、由于反应条件温和,对衬底等材料不会产生腐蚀变形等破坏,便于纳米管光触媒材料的原位合成和担载。
附图说明
图1是本发明方法制得的TiO2纳米管的透射电镜图;
图2是本发明方法制得的TiO2纳米管的高分辨透射电镜图。
图3是本发明方法制得的TiO2纳米须的透射电镜图;
图4是本发明方法制得的TiO2纳米须的高分辨透射电镜图。
图5是本发明方法制得的TiO2纳米须的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细描述,但并不限制本发明。
实施例1
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过200W,50KHZ的超声波处理0.5小时后,在120℃的油浴中热处理4小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米管,得率为90%。
实施例2
将100mgTiO2粉末加入到PH为13,NaOH为6000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过300W,40KHZ的超声波处理1小时后,在120℃的油浴中热处理2小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.3mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在80℃下真空干燥即得92mg的TiO2纳米管,得率为92%。
实施例3
将100mgTiO2粉末加入到PH为14,NaOH为10000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过500W,20KHZ的超声波处理100分钟后,在140℃的油浴中热处理5小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.2mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得95mg的TiO2纳米管,得率为95%。
实施例4
将100mgTiO2粉末加入到PH为13,NaOH为15000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过600W,20KHZ的超声波处理1.5小时后,在120℃的油浴中热处理5小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在30℃下真空干燥即得94mg的TiO2纳米管,得率为94%。
实施例5
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为8000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过200W,50KHZ的超声波处理0.5小时后,在100℃的油浴中热处理4小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.2mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在50℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米管,得率为90%。
实施例6
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为12000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过400W,50KHZ的超声波处理0.5小时后,在100℃的油浴中热处理4小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.3mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得91mg的TiO2纳米管,得率为91%。
实施例7
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为4000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过380W,40KHZ的超声波处理0.5小时后,在130℃的油浴中热处理4小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米管,得率为90%。
实施例8
将100mgTiO2粉末加入到PH为14,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过400W,30KHZ的超声波处理50分钟后,在100℃的油浴中热处理4小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物,经离心沉降法洗涤过滤,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得92mg的TiO2纳米管,得率为92%。
实施例9
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过500W,50KHZ的超声波处理80分钟后,在100℃的油浴中热处理3小时。冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在30℃下干燥即得93mg的TiO2纳米管,得率为93%。
实施例10
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过200W,50KHZ的超声波处理100分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米须,得率为90%。
实施例11
将100mgTiO2粉末加入到PH为13,NaOH为6000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过300W,40KHZ的超声波处理110分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.3mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在80℃下真空干燥即得92mg的TiO2纳米须,得率为92%。
实施例12
将100mgTiO2粉末加入到PH为14,NaOH为10000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过500W,20KHZ的超声波处理100分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.2mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得95mg的TiO2纳米须,得率为95%。
实施例13
将100mgTiO2粉末加入到PH为13,NaOH为15000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过600W,20KHZ的超声波处理1.5小时,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在30℃下真空干燥即得94mg的TiO2纳米须,得率为94%。
实施例14
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为8000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过200W,50KHZ的超声波处理100分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.2mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在50℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米须,得率为90%。
实施例15
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为12000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过400W,50KHZ的超声波处理0.5小时,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.3mol/L的HCL溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得91mg的TiO2纳米须,得率为91%。
实施例16
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为4000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过380W,40KHZ的超声波处理0.5小时,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得90mg的TiO2纳米须,得率为90%。
实施例17
将100mgTiO2粉末加入到PH为14,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过400W,30KHZ的超声波处理50分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物,经离心沉降法洗涤过滤,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在60℃下真空干燥即得92mg的TiO2纳米须,得率为92%。
实施例18
将100mgTiO2粉末加入到PH为12,NaOH为3000mg的NaOH水溶液中,混合均匀移入反应器皿,经过500W,50KHZ的超声波处理80分钟,冷却后将溶液过滤后得到的沉淀物反复经0.1mol/L的HNO3溶液及去离子水过滤清洗,至滤液呈中性。最后得到的粉体材料在30℃下干燥即得93mg的TiO2纳米须,得率为93%。

Claims (6)

1、一种TiO2纳米管的制造方法,包括如下步骤:
(1)将TiO2粉末溶于PH为12~14的NaOH或KOH溶液,其中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶30~1∶150;
(2)用超声波粉碎仪对步骤(1)得到的溶液进行超声30~100分钟,其中超声波粉碎仪的功率为200~600W,频率为20~50KHz;
(3)将经过步骤(2)后得到的溶液在100~140℃下加热2~5小时;
(4)将经过步骤(3)后得到的溶液进行洗涤过滤至滤液呈中性,并干燥即得TiO2纳米管和/或TiO2纳米须。
2、一种TiO2纳米须的制造方法,包括如下步骤:
(1)将TiO2粉末溶于PH为12~14的NaOH或KOH溶液,其中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶30~1∶150;
(2)用超声波粉碎仪对步骤(1)得到的溶液进行超声30~100分钟,其中超声波粉碎仪的功率为200~600W,频率为20~50KHz;
(3)将经过步骤(2)后得到的溶液进行洗涤过滤至滤液呈中性,并干燥即得TiO2纳米管和/或TiO2纳米须。
3、根据权利要求1或2所述的TiO2纳米管和/或TiO2纳米须,其特征在于步骤(1)中TiO2与NaOH或KOH的重量比为1∶60~1∶100。
4、根据权利要求1所述的TiO2纳米管,其特征在于步骤(3)中的加热方式为油浴加热或空气浴加热。
5、根据权利要求1或2所述的TiO2纳米管和/或TiO2纳米须,其特征在于步骤(4)或(3)中的洗涤过滤是指直接去离子水洗涤过滤、离心沉降法洗涤过滤或者酸洗加去离子水洗涤过滤,其中酸洗中所用为0.1M~0.3M的HNO3或HCL溶液。
6、根据权利要求1或2所述的TiO2纳米管和/或TiO2纳米须,其特征在于步骤(4)或(3)中干燥在30℃~80℃的真空状态下进行。
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