CN104150459A - 化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料，步骤依次包括制备钛前驱体溶液、超滤、涂覆、退火处理合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。本发明采用化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料，具有工艺简单、成本低廉等优点。制备的碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料有望在传感器、催化剂和光电电池等领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
背景技术
纳米复合材料是一种新型的复合结构，它不仅具有纳米粒子各自的特性，而且能够产生新的性能。与块体材料相比，纳米复合材料有它们独特的光、电、磁和催化等方面的性能。
以碳纳米管为载体制备的纳米复合材料因在电子、化工、环境等方面广泛应用而受到关注。碳纳米管/二氧化钛纳米复合材料能够显示明显的协同效应，由于二氧化钛团聚颗粒大量吸附在碳纳米管的内外壁上，而碳纳米管的导电结构又抑制了催化产生的电子-空穴对的复合，因此提高了二氧化钛催化活性。另外，碳纳米管具有较高的比表面积，不同层次的孔径结构。其内孔和外壁均可用来吸附溶液中的氧和有机物，提供了一个可以增强有机物催化降解效率的新途径。目前碳纳米管/二氧化钛纳米复合材料已应用于染料敏化太阳能电池以及各种传感器、有机污染物分解等领域。
制备二氧化钛/碳纳米管复合物主要有溶胶凝胶、溶剂热、沉淀法等方法。例如：河北师范大学冬连红等采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯为前驱体，分别制备了二氧化钛/碳纳米管(TiO2/CNT)复合纳米膜电 极和TiO2/CNT复合纳米粉体材料（河北师范大学学报（自然科学版），2008，32(3)：367-369）。武汉科技大学丛野等以多壁碳纳米管(MWCNTs)为反应性模板，金属钛粉为钛源，采用熔盐法制备碳化钛涂覆的MWCNTs中间体，然后通过控制氧化制备二氧化钛涂覆的MWCNTs复合光催化剂（物理化学学报，2011，27(6)：1509-1515）。中国发明专利CN201010110044.1采用溶剂热-水热法联合法制备了一种多壁碳纳米管负载二氧化钛催化剂。中国发明专利CN200810048905.0采用水热法和离子交换法结合制备了一种纳米管/二氧化钛纳米复合光催化剂。然而，大部分的方法都会用到一些有毒的溶剂、原料，且步骤也相对复杂。而物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、高能球磨法等方法常有成本高、设备昂贵、操作复杂等缺点，虽然可以得到效果比较好的复合粉体，但不利于实际应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
一种化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料，包括以下操作步骤：
添加质量分数70-90%的去离子水、10-30%的四氯化钛、5-30%的乙二胺四乙酸和5-30%的水溶性聚合物，调节pH至7-7.8，搅拌均匀得到前驱体溶液。使用带有超滤膜的Amicon超滤系统将前驱体溶液进行超滤，除去分子量小于3000g/mol的杂质，得到水溶性涂敷溶液。将水溶性涂敷溶液均匀地涂覆在由连续排列或无序排列的碳纳米管阵列相互弯曲缠绕形成的碳纳米管纤维内外侧，再置于石英管式炉中在空气或纯氧的气氛中350-500℃退火处理2-48h，得到碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
其中水溶性聚合物为羧酸化的聚乙烯亚胺、磺酸化的聚乙烯亚胺、酰化的聚乙烯亚胺中的一种或多种。碳纳米管为羧酸化的碳纳米管、磺酸化的碳纳米管、多羟基化的碳纳米管、质子化的碳纳米管、水溶性的离子液体修饰的碳纳米管中的一种或多种。
本发明具有如下有益效果：
采用化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料，具有工艺简单、成本低廉等优点。制备的碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料可望在传感器、催化剂和光电电池等领域广泛应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
添加70ml去离子水、10g四氯化钛、10g乙二胺四乙酸和10g羧酸化的聚乙烯亚胺，调节pH至7，高速搅拌混合均匀，再将溶液进行超滤除去分子量小于3000g/mol的杂质得到水溶性涂敷溶液。将水溶性涂敷溶液均匀地涂覆在由连续排列或无序排列的碳纳米管阵列相互弯曲缠绕形成的碳纳米管纤维内外侧，再置于石英管式炉中在空气或纯氧的气氛中350℃退火处理10h，得到碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
实施例2：
添加85ml去离子水、5g四氯化钛、3g乙二胺四乙酸和7g酰化的聚乙烯亚胺，调节pH至7.8，高速搅拌混合均匀，再将溶液进行超滤除去分子量小于3000g/mol的杂质得到水溶性涂敷溶液。将水溶性涂敷溶液均匀地涂覆在由连续排列或无序排列的碳纳米管阵列相互弯曲缠绕形成的碳纳米管纤维内外侧，再置于石英管式炉中在空气或纯氧的气氛中450℃退火处理15h，得到碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
实施例3：
添加90ml去离子水、3g四氯化钛、6g乙二胺四乙酸和1g磺酸化的聚乙烯亚胺，调节pH至7.5，高速搅拌混合均匀，再将溶液进行超滤除去分子量小于3000g/mol的杂质得到水溶性涂敷溶液。将水溶性涂敷溶液均匀地涂覆在由连续排列或无序排列的碳纳米管阵列相互弯曲缠绕形成的碳纳米管纤维内外侧，再置于石英管式炉中在空气或纯氧的气氛中500℃退火处理24h，得到碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种化学法合成碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料，其特征在于：
步骤1：添加质量分数70-90%的去离子水、10-30%的四氯化钛、5-30%的乙二胺四乙酸和5-30%的水溶性聚合物，调节pH至7-7.8，搅拌均匀得到前驱体溶液；
步骤2：使用带有超滤膜的Amicon超滤系统将步骤1所述的前驱体溶液进行超滤，除去分子量小于3000g/mol的杂质，得到水溶性涂敷溶液；
步骤3：将步骤2所述的水溶性涂敷溶液均匀地涂覆在由连续排列或无序排列的碳纳米管阵列相互弯曲缠绕形成的碳纳米管纤维内外侧；
步骤4： 将步骤3所述的碳纳米管纤维置于石英管式炉中在空气或纯氧的气氛中进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料的制备方法，其特征在于：所述的水溶性聚合物为羧酸化的聚乙烯亚胺、磺酸化的聚乙烯亚胺、酰化的聚乙烯亚胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为羧酸化的碳纳米管、磺酸化的碳纳米管、多羟基化的碳纳米管、质子化的碳纳米管、水溶性的离子液体修饰的碳纳米管中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管/二氧化钛复合多孔填料的方法，其特征在于：步骤3中退火处理的温度为350-500℃，退火时间为2-48小时。
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