CN103074661A - 一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法 - Google Patents

一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法 Download PDF

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Abstract

一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法，其原理是以柠檬酸为碳源，以十八胺为表面活性剂，这些低熔点前驱体（柠檬酸：153℃，十八胺：53℃），均匀地铺在经过了掺氮处理的二氧化钛纳米管阵列（N/TiO2NTs）上，以5℃/min的升温速度，升温至300℃恒温保持2h，使其在N/TiO2NTs表面形成液体状态，不仅利于充分热解脱水形成羧酸铵盐基团(–NH3 +-CO–)，也便于得到单分散性较好的微小纳米级碳点颗粒（CDs）负载的N/TiO2NTs，同时也实现了表面疏水改性。并且，只要通过改变碳源和表面活性剂间的比例，就可以实现疏-亲水性能的调控，工艺过程简单，对于污染物降解和环境的改善具有重大意义。

Description

一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法
技术领域
本发明涉及一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法。
背景技术
在光催化反应过程中，污染物在催化剂表面的吸附是影响光催化降解的重要因素之一，提高污染物在催化剂表面的传质作用，可提高污染物的催化降解。而大多数稳定难以降解的有机污染物，都有着较高的脂水分配系数或脂气分配系数，又由于TiO2系催化剂，需要在水分子的形成的羟基自由基作用下来实现其氧化有机污染物的目的，故而保证适量水的浸润，也是催化降解技术中的关键。因此调控催化剂表面的亲-疏水的双亲性，提高其对有机污染物的吸附能力，将是一条提高光催化降解效率的新途径。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法，它具提高疏水性持久性污染物的吸附，工艺过程简单的优点。
本发明是这样来实现的，它包括以下步骤：（1）钛箔预处理：将钛箔依次用丙酮、乙醇超声洗净备用；（2）有机电解液的配制：含氢氟酸2wt%的二甲基亚砜40ml；（3）二氧化钛的阳极氧化：在40 V直流电压下，以钛箔（L×W=1×3 cm）为阳极，铂片（L×W=1×3 cm）为阴极，在电解液中电解制备二氧化钛纳米管；（4）二氧化钛的晶化及N掺杂：在氮气氛围中，500°C下煅烧已制备的TiO2 NTs 5h，使其转化成锐钛矿和金红石等晶型的TiO2 NTs；（5）前驱体的制备：称取一水柠檬酸1.0g和十八胺1.0g~4.0g溶于25ml乙醇溶液，改变其摩尔比制成不同样品，将混合物搅拌1h后产生的白色絮状物抽滤，并用乙醇清洗若干次后，烘干得白色粉末，碾磨细碎备用；（6）疏水性碳点修饰的TiO2 NTs的制备：称取适量前驱体粉末，均匀散在N/TiO2 NTs上面，5℃/min的升温速度下，升温至300℃，恒温保持2h。其原理是：以柠檬酸为碳源，以十八胺为表面活性剂，这些低熔点前驱体（柠檬酸：153℃，十八胺：53℃），均匀地铺在经过了掺氮处理的二氧化钛纳米管阵列（N/TiO2 NTs）上，以5℃/min的升温速度，升温至300℃恒温保持2h，使其在N/TiO2 NTs表面形成液体状态，不仅利于充分热解脱水形成羧酸铵盐基团(–NH3 + -CO–)，也便于得到单分散性较好的微小纳米级碳点颗粒（CDs）负载的N/TiO2 NTs，同时也实现了表面疏水改性。同时，只要通过改变碳源和表面活性剂间的比例，就可以实现疏-亲水性能的调控，步骤十分简单。
本发明的技术效果是：本发明基于应用阳极氧化法制备的TiO2 NTs具有比表面积大，较大的长径比的优点，经过高温煅烧同时完成TiO2锐钛矿的晶化和掺杂氮元素双重目的。通过改变碳源和表面活性剂的比例，调控亲-疏水性，将前驱体高温熔融在TiO2纳米管表面，掺N的TiO2纳米管阵列可有效降低禁带宽度提高了可见光响应，而修饰了疏水性碳点（CDs）后又成功实现了疏水性的表面改性有利于对疏水性持久性污染物的吸附从而达到很好的光催化降解目的；并且本发明工艺过程简单，对于污染物降解和环境的改善具有重大意义。
附图说明
图1为本发明的碳点CDs修饰的TiO2 NTs的扫描电子显微镜图。
图2为本发明的CDs/N/TiO2 NTs的拉曼图。
图3为本发明CDs/N/TiO2 NTs的红外图。
图4为本发明TiO2 NTs和CDs/N/TiO2 NTs的紫外漫反射图。
图5为本发明接触角示意图。
具体实施方式
实施例1：（1）钛箔预处理：将钛箔依次用丙酮、乙醇超声洗净备用；（2）有机电解液的配制：含氢氟酸2wt%的二甲基亚砜40ml；（3）二氧化钛的阳极氧化：在40 V直流电压下，以钛箔（L×W=1×3 cm）为阳极，铂片（L×W=1×3 cm）为阴极，在电解液中电解制备二氧化钛纳米管；（4）二氧化钛的晶化及N掺杂：在氮气氛围中，将TiO2 NTs在500℃温度下煅烧5h；（5）前驱体的制备：称取一水柠檬酸1.0g和十八胺1.3g溶于25ml乙醇溶液，摩尔比约为1:1，将混合物搅拌1h后产生的白色絮状物，抽滤并用乙醇清洗后，烘干得到白色粉末，碾磨细碎备用；（6）疏水性碳点修饰的TiO2 NTs的制备：称取适量前驱体粉末，均匀散在N/TiO2 NTs上面，5℃/min的升温速度下，升温至300℃，恒温保持2h。此时制备的到的CDs/N/TiO2NTs的接触角为66°。
实施例2：（1）钛箔预处理：将钛箔依次用丙酮、乙醇超声洗净备用；（2）有机电解液的配制：含氢氟酸2wt%的二甲基亚砜40ml；（3）二氧化钛的阳极氧化：在40 V直流电压下，以钛箔（L×W=1×3 cm）为阳极，铂片（L×W=1×3 cm）为阴极，在电解液中电解制备二氧化钛纳米管；（4）二氧化钛的晶化及N掺杂：在氮气氛围中，将TiO2 NTs在500℃温度下煅烧5h；（5）前驱体的制备：称取一水柠檬酸1.0g和十八胺2.5g溶于25ml乙醇溶液，此时二者摩尔比约为1:2，混合物搅拌1h后将有白色絮状物产生，抽滤并用乙醇清洗，烘干得白色粉末，碾磨细碎备用；（6）疏水性碳点修饰的TiO2 NTs的制备：称取适量前驱体粉末，均匀散在N/TiO2 NTs上面，5℃/min的升温速度下，升温至300℃，恒温保持2h。此时制备的到的CDs/N/TiO2NTs的接触角为75°。
实施例3：（1）钛箔预处理：将钛箔依次用丙酮、乙醇超声洗净备用；（2）有机电解液的配制：含氢氟酸2wt%的二甲基亚砜40ml；（3）二氧化钛的阳极氧化：在40 V直流电压下，以钛箔（L×W=1×3 cm）为阳极，铂片（L×W=1×3 cm）为阴极，在电解液中电解制备二氧化钛纳米管；（4）二氧化钛的晶化及N掺杂：在氮气氛围中，将TiO2 NTs在500℃温度下煅烧5h；（5）前驱体的制备：称取一水柠檬酸1.0g和十八胺3.8g溶于25ml乙醇溶液，使其摩尔比约为1:3，再对混合物搅拌1h后产生的白色絮状物进行抽滤并用乙醇清洗若干次后，烘干得到白色粉末，碾磨细碎备用；（6）疏水性碳点修饰的TiO2 NTs的制备：称取适量前驱体粉末，均匀散在N/TiO2 NTs上面，5℃/min的升温速度下，升温至300℃，恒温保持2h。此时制备的到的CDs/N/TiO2NTs的接触角为86°。
从图1CDs/N/TiO2NTs的TEM图中，可基本看出疏水性碳点的粒径大概为5nm左右；
从图2样品的拉曼图，可看出疏水性碳点是无定形碳为主；
从图3样品的红外图，可看出氮气没有与疏水性碳点的前驱体形成含N的基团；
从图4样品的紫外可见漫反射图谱，可看出疏水性碳点修饰之后的材料，在可见光处的吸收稍微变强，吸收边带也略微红移，而在紫外区的吸收减弱；
从图5 TiO2NTs（a）和CDs//N/TiO2NTs中，碳源和表面活性剂的摩尔比列分别为1:1、1：2、1:3时的接触角，可看出表面活性剂的剂量越大，疏水性越强。

Claims (1)

1.一种调控二氧化钛纳米管阵列表面亲-疏水性的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）钛箔预处理：将钛箔依次用丙酮、乙醇超声洗净备用；
（2）有机电解液的配制：配置含氢氟酸2wt%的二甲基亚砜40ml；
（3）二氧化钛的阳极氧化：在40 V直流电压下，以钛箔为阳极，铂片为阴极，在电解液中电解制备二氧化钛纳米管TiO2 NTs；
（4）二氧化钛的晶化及N掺杂：在氮气氛围中，将已制备的TiO2 NTs在500°C下煅烧5h，使其转化成锐钛矿和金红石等晶型的TiO2 NTs；
（5）前驱体的制备：称取一水柠檬酸1.0g和十八胺1.0~4.0g，溶于25ml无水乙醇中，改变其摩尔比制成不同样品，再将混合物搅拌1h后，得到的白色絮状物抽滤并用乙醇清洗若干次，烘干得白色粉末，碾磨细碎备用；
（6）疏水性碳点修饰的TiO2 NTs的制备：取前驱体粉末，均匀散在N/TiO2 NTs上面，5℃/min的升温速度下，升温至300℃，恒温保持2h。
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