CN103011274A - 一种微米级二氧化钛管的制备方法 - Google Patents

一种微米级二氧化钛管的制备方法 Download PDF

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王晟
王騊
徐友峰
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Abstract

一种微米级二氧化钛管的制备方法，它采取如下步骤：（1）量取50~70ml无水乙醇，然后加入0.1~0.4g MgCO3纳米晶须和0.3~0.7ml浓度为0.05~0.2g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；（2）量取20~40ml无水乙醇，然后加入1~3ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中,滴加完成后，继续搅拌2~3小时；（3）将（2）反应后的产物在5000~6500rpm的转速下离心5～10分钟，无水乙醇清洗2~4次，60~80℃12小时烘干后在500~600℃的马弗炉内煅烧2~4小时，研磨收集产物；（4）将（3）所获得的产物0.2~0.3g加入0.1mol/L的盐酸溶液20~40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应1~3h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60~80℃下烘干，即得到微米级TiO2管；所获得的微米级TiO2管具有管径大，分散性好，表面光滑，结晶度高等特点。

Description

一种微米级二氧化钛管的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种微米级二氧化钛管的制备方法。
背景技术
TiO2是一种重要的无机功能材料，多呈颗粒状，它在环境光催化领域已引起广泛重视。TiO2半导体光催化剂具有氧化还原能力强，物理化学性质稳定，无毒价廉，抗化学腐蚀和光腐蚀能力强等特点，在光催化领域一直处于核心地位，特别是具有一维结构的TiO2纳米管，具有较大比表面积和较高比表面能的双重优点，能有效降低光生电子空穴对的复合速率而备受关注。
TiO2管制备方法有：水热法，阳极氧化法，模板法。水热法制备TiO2纳米管通常是将TiO2纳米粒子直接与高浓度碱性溶液混合后，再通过高压热处理化学反应。水热法制备纳米管的工艺过程简单，杂质含量少，成本低，且制得的纳米管不仅具有端部开口结构，比表面积较大（约为400m2/g），但是水热法制备TiO2纳米管管径较细（约为10nm），不利于贵金属的填充。利用阳极氧化法能够制得多孔性结构且排列规整有序的TiO2纳米管矩阵，该方法具有简单易操作，纳米管的管径易于控制，杂质含量较低等优点。Gong D及其合作者在质量数含量为0.5~3.5%的HF溶液为电解液，以纯的钛金属片为阳极进行阳极氧化得到一端封闭，而另一端开口的高密度的纳米管阵列类似于多孔的氧化铝。研究结果表明，纳米管的平均管径介于25~65nm，管径随着阳极所加电压的增大而增大，而且纳米管的长度和氧化时间无关。但由于产物长在基片上，若把产物刮下来，会破坏管的形貌。
为了改变这一现状，研究者试图通过运用模板法来解决这一问题。模板法是以模板为主体构型去控制、影响和修饰材料的形貌，控制尺寸进而决定材料性质的一种合成方法。模板法因具有实验装置简单、操作容易、形态可控、适用面广等优点；近年来引起了人们的极大兴趣。模板合成的原理很简单，设想存在一个纳米尺寸的“笼子”，让成核和生长在该“纳米笼”中进行，在反应充分进行后，“纳米笼”的大小和形状就决定了作为产物的纳米颗粒的尺寸和形状,这些“纳米笼”就是合成中的模板，这种模板属于外模板；与此相对应的还有内模板，即利用纳米尺寸的物种作“核”，在该“核”上继续生长其它物种，在反应充分进行后除掉该“核”(内模板)即得到纳米结构的其它物种。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种通过碳酸镁纳米晶须作为模板制备微米级二氧化钛管的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的，所述的制备方法采取如下步骤：
（1）量取50~70ml无水乙醇，然后加入0.1~0.4g MgCO3纳米晶须和0.3~0.7ml浓度为0.05~0.2g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）量取20~40ml无水乙醇，然后加入1~3ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2~3小时；
（3）将（2）反应后的产物在5000~6500rpm的转速下离心5~10分钟，无水乙醇清洗2~4次，60~80℃12小时烘干后在500~600℃的马弗炉内煅烧2~4小时，研磨收集产物；
（4）将（3）所获得的产物0.2~0.3g加入0.1mol/L的盐酸溶液20~40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应1~3h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60~80℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
本发明优选的技术方案是：（1）、量取60ml无水乙醇，然后加入0.25g MgCO3纳米晶须和0.5ml浓度为0.1g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取30ml无水乙醇，然后加入2ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2.5小时；
（3）、将（2）反应后的产物在5500rpm的转速下离心8分钟，无水乙醇清洗3次，70℃12小时烘干后在500℃的马弗炉内煅烧3小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.2g加入0.1mol/L的盐酸溶液30ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应2h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在70℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
本发明选用碳酸镁纳米晶须作为内模板可以制备高度分散的微米级TiO2管，然后经500~600℃煅烧提高TiO2微米管的结晶度，最后用0.1mol/L的盐酸溶液，用于去除MgCO3纳米晶须，即得到微米级TiO2管；该微米级TiO2管具有管径大，分散性好，表面光滑，结晶度高等特点；在应用发面，它可以用作金属纳米线的模板，制备多元金属纳米线。
附图说明
图1是碳酸镁纳米晶须的形貌；
图2是以碳酸镁纳米晶须为模板包裹二氧化钛后的形貌；
图3是煅烧后经盐酸除去模板得到的微米级二氧化钛管的形貌；
图4是本发明所述微米级二氧化钛管的XRD图谱；
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍：本发明所述的制备方法采取如下步骤：
（1）量取50~70ml无水乙醇，然后加入0.1~0.4g MgCO3纳米晶须和0.3~0.7ml浓度为0.05~0.2g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）量取20~40ml无水乙醇，然后加入1~3ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2~3小时；
（3）将（2）反应后的产物在5000~6500rpm的转速下离心5~10分钟，无水乙醇清洗2~4次，60~80℃12小时烘干后在500~600℃的马弗炉内煅烧2~4小时，研磨收集产物；
（4）将（3）所获得的产物0.2~0.3g加入1mol/L的盐酸溶液20~40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应1~3h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60~80℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
本发明所述的实施例并不限于以下几个，在上述公开的技术方案基础上，通过各个数值的任意替换，可以形成无数个且包含以下在内的具体实施例。
实施例1：
本发明所述的制备方法，包括如下步骤：
（1）、量取60ml无水乙醇，然后加入0.25g MgCO3纳米晶须和0.5ml浓度为0.1g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取30ml无水乙醇，然后加入2ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2.5小时；
（3）、将（2）反应后的产物在5500rpm的转速下离心8分钟，无水乙醇清洗3次，70℃12小时烘干后在500℃的马弗炉内煅烧3小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.2g加入0.1mol/L的盐酸溶液30ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应2h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在70℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
实施例2：
本发明所述的制备方法，包括如下步骤：
（1）、量取50ml无水乙醇，然后加入0.1gMgCO3纳米晶须和0.3ml浓度为0.2g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取20ml无水乙醇，然后加入1.5ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2小时；
（3）、将（2）反应后的产物在6000rpm的转速下离心10分钟，无水乙醇清洗4次，80℃12小时烘干后在550℃的马弗炉内煅烧2小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.2g加入0.1mol/L的盐酸溶液40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应2h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
实施例3：
本发明所述的制备方法，包括如下步骤：
（1）、量取55ml无水乙醇，然后加入0.25g MgCO3纳米晶须和0.6ml浓度为0.08g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取25ml无水乙醇，然后加入2ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌3小时；
（3）、将（2）反应后的产物在5000rpm的转速下离心6分钟，无水乙醇清洗3次，60℃12小时烘干后在600℃的马弗炉内煅烧3小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.3g加入0.1mol/L的盐酸溶液40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应1h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在80℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
实施例4：
（1）、量取70ml无水乙醇，然后加入0.35g MgCO3纳米晶须和0.7ml浓度为0.05g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取40ml无水乙醇，然后加入3ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌4小时；
（3）、将（2）反应后的产物在6500rpm的转速下离心5分钟，无水乙醇清洗2次，70℃12小时烘干后在500℃的马弗炉内煅烧4小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.3g加入0.1mol/L的盐酸溶液30ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应3h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60℃下烘干，即得到微米级TiO2管。

Claims (2)

1.一种微米级二氧化钛管的制备方法，其特征在于所述的制备方法是采取如下步骤：
（1）量取50~70ml无水乙醇，然后加入0.1~0.4g MgCO3纳米晶须和0.3~0.7ml浓度为0.05~0.2g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）量取20~40ml无水乙醇，然后加入1~3ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2~3小时；
（3）将（2）反应后的产物在5000~6500rpm的转速下离心5~10分钟，无水乙醇清洗2~4次，60~80℃12小时烘干后在500~600℃的马弗炉内煅烧2~4小时，研磨收集产物；
（4）将（3）所获得的产物0.2~0.3g加入0.1mol/L的盐酸溶液20~40ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应1~3h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在60~80℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
2.根据权利要求1所述的微米级二氧化钛管的制备方法，其特征在于所述的步骤中：
（1）、量取60ml无水乙醇，然后加入0.25g MgCO3纳米晶须和0.5ml浓度为0.1g/10ml的十二烷基硫酸钠溶液，充分搅拌；
（2）、量取30ml无水乙醇，然后加入2ml正钛酸丁酯，充分混合后，逐滴滴加到（1）所述的混合溶液中，滴加完成后，继续搅拌2.5小时；
（3）、将（2）反应后的产物在5500rpm的转速下离心8分钟，无水乙醇清洗3次，70℃12小时烘干后在500℃的马弗炉内煅烧3小时，研磨收集产物；
（4）、将（3）所获得的产物0.2g加入0.1mol/L的盐酸溶液30ml，用于去除MgCO3纳米晶须，反应2h后，用去离子水洗至PH值为中性，然后在70℃下烘干，即得到微米级TiO2管。
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