CN102249303A - 碱法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法 - Google Patents

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陈孝云
陈星�
洪时伟
陈筱
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Abstract

本发明涉及一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，本发明以环境友好的生物可再生资源纳米纤维素为模板剂、四氯化钛为钛源，通过调节纤维素的长度、直径等设计出理想的模板剂结构，定向制备特定孔隙结构、满足治理特殊污染物需求的新型TiO2介孔功能材料。该项目的研究对介孔材料的合成及实现水体污染深度净化方面具有一定的理论和现实意义。

Description

碱法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO<sub>2</sub>的方法
技术领域
本发明属于多孔材料合成方法领域，更具体涉及一种以碱法纳米纤维素为模板剂合成介孔TiO2的方法。 
背景技术
传统制备介孔材料的方法大多都用到各种有机溶剂和模板剂（表面活性剂、嵌段共聚物、非表面活性剂有机小分子、微乳液液滴及聚合物微球形成的胶体晶体等模板剂）。其合成条件也相对苛刻，对环境污染较大，所制备的材料性能也不甚理想。因此寻找一种环境友好、结构易调节的模板剂来合成介孔材料成为人们研究的热点。 
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其制备方法简单，原料来源绿色环保，所制备的介孔TiO2能够满足水体污染治理的需要。 
本发明是通过如下技术方案实施的： 
一种碱法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法以碱法纳米纤维素为模板剂、四氯化钛为Ti源，采用液相水解-沉淀法制得的。
所述的纳米纤维素是由减法制备的，其长度＜300nm、直径为20~40 nm。 
所述方法的步骤包括： 
a)将纳米纤维素胶体溶液100～300mL加入到装有200-400mL去离子水的三口烧瓶中;
b)调节溶液的pH至3-5；
c)在搅拌下滴加5-30mL的TiCl4，反应20-40min；
d)升温至70~90℃，调节溶液的pH值至中性，反应30-60min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化8-15h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在100-120℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至300-800℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
所述纳米纤维素胶体溶液是通过碱法直接制备得到纳米纤维素胶体溶液。 
所述方法的具体步骤包括：将10g的纳米纤维素置于500mL 1mol/L的NaClO溶液中反应8~12h，然后加入200mL，0.1mol/L的HCl溶液中止反应，接着采用超声波处理30min以分散样品，离心洗涤数次至溶液出现乳白色胶体，将胶体置于透析袋中脱盐，脱盐后即得到纳米纤维素胶体溶液。 
所述方法b)中调节溶液pH使用的溶液包括盐酸。 
所述方法d)中调节溶液pH使用的溶液包括NH3.H2O。 
本发明的优点为：本发明以环境友好的生物可再生资源纳米纤维素为模板剂、四氯化钛为钛源，通过调节纤维素的长度、直径等设计出理想的模板剂结构，定向制备特定孔隙结构、满足治理特殊污染物需求的新型TiO2介孔功能材料。该项目的研究对介孔材料的合成及实现水体污染深度净化方面具有一定的理论和现实意义。 
附图说明
图1为碱法纤维素模板剂合成介孔TiO2光催化活性； 
图2为碱法纤维素模板剂合成介孔TiO2透射电镜图；
图3为无模板合成TiO2透射电镜图；
图4为碱法纤维素模板剂合成介孔TiO2的傅立叶变换红外图；
图5为无模板合成TiO2的傅立叶变换红外图；
图6 为碱法纤维素模板剂合成介孔TiO2的热重图；
图7为碱法纤维素模板剂合成介孔TiO2的差热图；
图8为无模板合成TiO2的热重图；
图9为无模板合成TiO2的差热图。
具体实施方式
一种纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法以碱法纳米纤维素为模板剂、四氯化钛为Ti源，采用液相水解-沉淀法制得的。 
所述的纳米纤维素的长度＜300nm、直径为20~40 nm。 
所述方法的步骤包括： 
a)将纳米纤维素胶体溶液100～300mL加入到装有200-400mL去离子水的三口烧瓶中;
b)调节溶液的pH至3-5；
c)在搅拌下滴加5-30mL的TiCl4，反应20-40min；
d)升温至70~90℃，调节溶液的pH值至中性，反应30-60min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化8-15h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在100-120℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至300-800℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
所述纳米纤维素胶体溶液是通过碱法直接制备得到纳米纤维素胶体溶液。 
所述方法的具体步骤包括：将10g的纳米纤维素置于500mL 1mol/L的NaClO溶液中反应8~12h，然后加入200mL，0.1mol/L的HCl溶液中止反应，接着采用超声波处理30min以分散样品，离心洗涤数次至溶液出现乳白色胶体，将胶体置于透析袋中脱盐，脱盐后即得到纳米纤维素胶体溶液。 
实施例1 
一种纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法包括如下步骤：
a)将纳米纤维素胶体溶液100mL加入到装有200mL去离子水的三口烧瓶中;
b)盐酸调节溶液的pH至3；
c)在搅拌下滴加5mL的TiCl4，反应20min；
d)升温至70℃，NH3.H2O调节溶液的pH值至中性，反应30min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化8h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在100℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至300℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
以上未提及部分与具体实施例相同。 
实施例2 
一种纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法包括如下步骤：
a)将纳米纤维素胶体溶液300mL加入到装有400mL去离子水的三口烧瓶中;
b)硫酸调节溶液的pH至5；
c)在搅拌下滴加30mL的TiCl4，反应40min；
d)升温至90℃，氢氧化钠调节溶液的pH值至中性，反应60min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化15h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在120℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至800℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
以上未提及部分与具体实施例相同。 
实施例3 
一种纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法包括如下步骤：
a)将纳米纤维素胶体溶液200mL加入到装有300mL去离子水的三口烧瓶中;
b)盐酸调节溶液的pH至4；
c)在搅拌下滴加25mL的TiCl4，反应30min；
d)升温至80℃，NH3.H2O调节溶液的pH值至中性，反应40min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化10h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在110℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至500℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
以上未提及部分与具体实施例相同。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (7)

1.一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述方法以纳米纤维素为模板剂、四氯化钛为Ti源，采用液相水解-沉淀法制得的。
2. 根据权利要求1所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述的纳米纤维素采用碱法制备，其长度＜300nm、直径为20~40 nm。
3. 根据权利要求1所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述方法的步骤包括：
a)将纳米纤维素胶体溶液100～300mL加入到装有200-400mL去离子水的三口烧瓶中;
b)调节溶液的pH至3-5；
c)在搅拌下滴加5-30mL的TiCl4，反应20-40min；
d)升温至70~90℃，调节溶液的pH值至中性，反应30-60min；
e)将步骤d)反应后的物料陈化8-15h，水洗2-4次后再采用乙醇清洗1-3次；将清洗后的物料在100-120℃下烘干，研磨；
f)将研磨后的物料在空气气氛中，以10℃/min的速率升温至300-800℃，保温2h，自然冷却至室温，即制得所述介孔TiO2。
4.根据权利要求1所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述纳米纤维素胶体溶液是通过碱法直接制备得到纳米纤维素胶体溶液。
5.根据权利要求4所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤包括：将10g的纳米纤维素置于500mL 1mol/L的NaClO溶液中反应8~12h，然后加入200mL，0.1mol/L的HCl溶液中止反应，接着采用超声波处理30min以分散样品，离心洗涤至溶液出现乳白色胶体，将胶体置于透析袋中脱盐，脱盐后即得到纳米纤维素胶体溶液。
6. 根据权利要求1所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述方法b)中调节溶液pH使用的溶液包括盐酸。
7.根据权利要求1所述的一种减法纳米纤维素模板剂合成介孔TiO2的方法，其特征在于：所述方法d)中调节溶液pH使用的溶液包括NH3.H2O。
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