CN107043127B - 一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 - Google Patents
一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107043127B CN107043127B CN201710352983.9A CN201710352983A CN107043127B CN 107043127 B CN107043127 B CN 107043127B CN 201710352983 A CN201710352983 A CN 201710352983A CN 107043127 B CN107043127 B CN 107043127B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- nano particle
- hydro
- titanate nanotube
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/10—One-dimensional structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明属于新材料技术领域,具体涉及一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,该方法包括钛酸盐纳米管前驱体的制备、硝酸中和处理控制钛酸盐纳米管的Na+含量以及TiO2纳米颗粒的二次水热制备。本发明方法具有工艺简单可控、反应条件温和、对环境友好、生产成本和运行成本低等诸多优点,制得的TiO2纳米颗粒具备不同的形貌,表现出了较好的光催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域,具体涉及一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法。
背景技术
发展光催化技术是应对全球环境污染和能源危机的重要途径之一,其中以 TiO2纳米颗粒为代表的光催化材料逐渐成为研究热点。研究表明TiO2纳米颗粒的形貌对其光催化性能有重要影响,因此,对TiO2纳米颗粒的形貌进行有效调控是提高其光催化性能的有效方式。
目前,制备TiO2纳米颗粒的方法较多,主要包括溶胶-凝胶法、电化学沉积法、化学合成以及碱性水热法。其中,碱性水热法简单、温和,能够制备不同结构的TiO2纳米颗粒,特别是一维结构。但是在碱性水热法中首先生成的钛酸盐纳米管前驱体,通常需要经过退火处理形成纳米棒或其他形貌,而其中钛酸盐中钠离子的含量对最终形成的TiO2纳米颗粒的形貌有极大影响。例如,经过充分中和处理后的钛酸盐纳米管前驱体,退火处理后得到的是锐钛矿晶型;而含钠离子较多的钛酸盐纳米管前驱体,则生成混晶。此外退火处理需要消耗大量能量,设备复杂、程序繁琐。而采用二次水热的方法可以有效克服以上问题,通过控制二次水热条件,尤其是钛酸盐纳米管前驱体中钠离子的含量,可以有效控制TiO2纳米颗粒的形貌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,该方法工艺简单可控、反应条件温和、对环境友好、生产成本和运行成本低,制得的TiO2纳米颗粒具备不同的形貌,表现出较好的光催化活性。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,包括以下步骤:(a)将一定量二氧化钛粉末与氢氧化钠溶液混合进行水热反应,经洗涤、分离、干燥得到钛酸盐纳米管前驱体;(b)将钛酸盐纳米管前驱体置于HNO3溶液中进行中和处理,得到不同Na+含量的钛酸盐纳米管;(c)钛酸盐纳米管再次进行水热反应,经洗涤、分离、干燥后得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
按照上述方案,步骤(a)中所述二氧化钛粉末为二氧化钛P25粉末,P25 粉末与NaOH的质量比为0.03125-0.09375。
优选的,所述氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L。
按照上述方案,步骤(a)中水热反应温度为150-180℃,水热反应时间为 8-24h,反应完成后用去离子水将产物洗涤至中性,在70℃下干燥。
按照上述方案,步骤(b)中钛酸盐纳米管前驱体与HNO3的质量比范围为 5.95-119。
优选的,所述HNO3溶液的浓度为0.1mol/L。
按照上述方案,步骤(b)所得钛酸盐纳米管的Na+含量控制在0-7.37%。
按照上述方案,步骤(c)中钛酸盐纳米管水热反应温度为150-180℃,反应时间为8-24h。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:首先,本发明所使用的原材料和反应体系价格低廉,无需高温退火设备,反应条件易于控制,对反应设备无太高要求;其次,采用硝酸中和处理钛酸盐纳米管前驱体用以调节其中钠离子含量,能够很好的调控最终产物TiO2纳米颗粒的形貌;最后,该调控TiO2纳米颗粒形貌的方法较为简单,在光催化领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明采用不同Na+含量钛酸盐纳米管制得的TiO2纳米颗粒的XRD图;
图2为本发明采用不同Na+含量钛酸盐纳米管制得的TiO2纳米颗粒以及原料P25 的SEM图,其中a代表P25粉末,b-f分别代表Na+含量为0%、1.7%、2.72%、 4.03%、7.37%;
图3为本发明采用不同Na+含量钛酸盐纳米管制得的TiO2纳米颗粒与原料P25 光催化性能的比较图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果,以下结合具体实施例进行进一步说明。本领域普通技术人员应当明白,以下实施例仅为本发明较优实施方式,对本发明并不构成任何限定,在此基础上所进行的任何简单替换、增加、删除而产生的新的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,具体包括以下步骤:
(1)钛酸盐纳米管前驱体的制备:按照0.03125-0.09375的质量比,将P25 粉末与浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合,在150-180℃下水热反应8-24h,反应完成后用去离子水洗涤产物至中性,在70℃下干燥得到钛酸盐纳米管前驱体;
(2)硝酸中和处理:按照钛酸盐纳米管前驱体与HNO3的质量比为 5.95-119的要求,将钛酸盐纳米管前驱体置于HNO3溶液中进行中和处理,得到Na+含量在0-7.3%的钛酸盐纳米管;
(3)TiO2纳米颗粒的二次水热:将分离出的钛酸盐纳米管置于同样温度条件下再次进行水热反应,产物经洗涤、分离、干燥后得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
实施例1
钛酸盐纳米管前驱体的制备:取1.5g P25粉末,将其与60mL 10mol/L的 NaOH溶液混合,将混合溶液置入100mL聚四氟乙烯内衬中,在180℃下进行水热反应24小时,产物用去离子水洗涤至中性后在70℃下干燥,得到钛酸盐纳米管前驱体;
硝酸中和处理过程:取0.75g干燥后的钛酸盐纳米管前驱体置于100mL 0.1 mol/L的HNO3溶液中混合均匀,得到Na+含量为0%的钛酸盐纳米管;
TiO2纳米颗粒的二次水热反应:将经过硝酸中和处理的钛酸盐纳米管置于180℃下水热反应24h,所得产物经水洗和干燥后,得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
实施例2
钛酸盐纳米管前驱体的制备:取1.5g P25粉末,将其与60mL 10mol/L的 NaOH溶液混合,将混合溶液置入100mL聚四氟乙烯内衬中,在180℃下进行水热反应24小时,产物用去离子水洗涤至中性后在70℃下干燥,得到钛酸盐纳米管前驱体;
硝酸中和处理过程:取0.75g干燥后的钛酸盐纳米管前驱体置于20mL 0.1 mol/L的HNO3溶液中混合均匀,得到Na+含量为1.7%的钛酸盐纳米管;
TiO2纳米颗粒的二次水热反应:将经过硝酸中和处理的钛酸盐纳米管置于 180℃下水热反应24h,所得产物经水洗和干燥后,得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
实施例3
钛酸盐纳米管前驱体的制备:取1.5g P25粉末,将其与60mL 10mol/L的 NaOH溶液混合,将混合溶液置入100mL聚四氟乙烯内衬中,在180℃下进行水热反应24小时,产物用去离子水洗涤至中性后在70℃下干燥,得到钛酸盐纳米管前驱体;
硝酸中和处理过程:取0.75g干燥后的钛酸盐纳米管前驱体置于10mL 0.1 mol/L的HNO3溶液中混合均匀,得到Na+含量为2.72%的钛酸盐纳米管;
TiO2纳米颗粒的二次水热反应:将经过硝酸中和处理的钛酸盐纳米管置于 180℃下水热反应24h,所得产物经水洗和干燥后,得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
实施例4
钛酸盐纳米管前驱体的制备:取1.5g P25粉末,将其与60mL 10mol/L的 NaOH溶液混合,将混合溶液置入100mL聚四氟乙烯内衬中,在180℃下水热反应24小时,产物用去离子水洗涤至中性后在70℃下干燥,得到钛酸盐纳米管前驱体;
硝酸中和处理过程:取0.75g干燥后的钛酸盐纳米管前驱体置于5mL 0.1 mol/L的HNO3溶液中混合均匀,得到Na+含量为4.03%的钛酸盐纳米管;
TiO2纳米颗粒的二次水热反应:将经过硝酸中和处理的钛酸盐纳米管置于 180℃下水热反应24h,所得产物经水洗和干燥后,得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
实施例5
钛酸盐纳米管前驱体的制备:取1.5g P25粉末,将其与60mL 10mol/L的 NaOH溶液混合,将混合溶液置入100mL聚四氟乙烯内衬中,在180℃下进行水热反应24小时,产物用去离子水洗涤至中性后在70℃下干燥,得到钛酸盐纳米管前驱体(Na+含量为7.37%);
TiO2纳米颗粒的二次水热反应:将钛酸盐纳米管前驱体置于180℃下水热反应24h,所得产物经水洗和干燥后,得到不同形貌的TiO2纳米颗粒。
为充分了解制得的TiO2纳米颗粒的成分、形貌及光催化性能,我们分别对实施例1-5制得的样品进行了XRD、SEM以及光催化性能分析,结果分别如图 1-3所示。
图1为不同Na+含量下TiO2纳米颗粒的XRD图。从图中可以看出当Na+含量为0时,得到的TiO2纳米颗粒完全呈锐钛矿相;当Na+含量不为0时得到的TiO2纳米颗粒则呈锐钛矿相与金红石相并存的混晶结构。此外,随着Na+含量的增加,得到的TiO2纳米颗粒的特征峰更尖锐,峰强更高,表明TiO2纳米颗粒的晶格尺寸也在增加。
图2为不同Na+含量下TiO2纳米颗粒以及P25的SEM图。从图中可以看到,随着Na+含量的增加,得到的TiO2纳米颗粒的表面形貌呈现出明显的变化趋势,逐渐从不规则的球形颗粒向一维棒状结构转变,表明Na+含量对TiO2纳米颗粒的形貌有重要影响,通过调节前驱体的Na+含量,可以得到不同形貌的零维和一维结构。
图3是制得的TiO2纳米颗粒产品与P25原料的光催化性能对比图。光催化测试在自制的光催化反应器中进行,测试过程为:在300W的紫外光源条件下(最大吸收峰365nm),将0.014g催化剂加入280mL 20mg/L的甲基橙溶液中进行反应,经过60分钟暗反应达到吸附平衡,然后每隔5分钟取样6mL,通过测量样品吸收度的变化计算光催化降解率。从图3中可以看出,Na+含量为0的产品具有最高的光催化降解效果,而原料P25的光催化降解效果最差。
图1-3结果表明,Na+含量对水热法制备TiO2纳米颗粒的形貌和晶型具有显著影响,通过此种方法得到的产品均显示出较原料P25更好的光催化降解效果,表明此种通过硝酸中和简单处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的普适性和优良特性。
Claims (3)
1.一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)将一定量二氧化钛粉末与氢氧化钠溶液混合进行水热反应,经洗涤、分离、干燥得到钛酸盐纳米管前驱体;
(b)将钛酸盐纳米管前驱体置于HNO3溶液中进行中和处理,得到不同Na+含量的钛酸盐纳米管;
(c)钛酸盐纳米管再次进行水热反应,经洗涤、分离、干燥后得到不同形貌的TiO2纳米颗粒;
其中,步骤(a)所述二氧化钛粉末为二氧化钛P25粉末,其与NaOH的质量比为0.03125-0.09375,水热反应温度为150-180℃,水热反应时间为8-24h,反应完成后用去离子水将产物洗涤至中性,在70℃下干燥;步骤(b)中钛酸盐纳米管前驱体与HNO3的质量比为5.95-119,所得钛酸盐纳米管的Na+含量为0-7.37%;步骤(c)中钛酸盐纳米管水热反应温度为150-180℃,反应时间为8-24h。
2.根据权利要求1所述的通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,其特征在于:所述氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L。
3.根据权利要求1所述的通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法,其特征在于:所述HNO3溶液的浓度为0.1mol/L。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710352983.9A CN107043127B (zh) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | 一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710352983.9A CN107043127B (zh) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | 一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107043127A CN107043127A (zh) | 2017-08-15 |
CN107043127B true CN107043127B (zh) | 2019-05-03 |
Family
ID=59547058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710352983.9A Expired - Fee Related CN107043127B (zh) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | 一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107043127B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023201708A1 (zh) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 赵远云 | 一种复合纳米金属氧化物及其制备方法与用途 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1915835A (zh) * | 2006-07-27 | 2007-02-21 | 北京先讯东泰科技有限公司 | 一种制备二氧化钛纳米线的方法及由此制得的二氧化钛纳米线的用途 |
CN101327951A (zh) * | 2008-07-29 | 2008-12-24 | 福州大学 | 可控合成纯相锐钛矿、金红石、板钛矿二氧化钛纳米棒的方法 |
CN106423120A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种纳米针状二氧化钛b光催化剂的制备方法 |
-
2017
- 2017-05-18 CN CN201710352983.9A patent/CN107043127B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1915835A (zh) * | 2006-07-27 | 2007-02-21 | 北京先讯东泰科技有限公司 | 一种制备二氧化钛纳米线的方法及由此制得的二氧化钛纳米线的用途 |
CN101327951A (zh) * | 2008-07-29 | 2008-12-24 | 福州大学 | 可控合成纯相锐钛矿、金红石、板钛矿二氧化钛纳米棒的方法 |
CN106423120A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-22 | 吉林大学 | 一种纳米针状二氧化钛b光催化剂的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107043127A (zh) | 2017-08-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fagan et al. | Improved high temperature stability of anatase TiO2 photocatalysts by N, F, P co-doping | |
CN103172030B (zh) | 氧化物粉体及其制备方法、催化剂、以及催化剂载体 | |
Pingmuang et al. | Phase-controlled microwave synthesis of pure monoclinic BiVO4 nanoparticles for photocatalytic dye degradation | |
CN104772158A (zh) | 一种wo3/c3n4混合光催化剂的制备方法 | |
Guo et al. | Designed hierarchical synthesis of ring-shaped Bi 2 WO 6@ CeO 2 hybrid nanoparticle aggregates for photocatalytic detoxification of cyanide | |
CN105797753A (zh) | 一种MoS2/TiO2二维复合纳米光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN104888753A (zh) | 一种二硫化锡/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 | |
CN101302036A (zh) | 一种掺杂二氧化钛纳米管的制备方法 | |
CN101371981A (zh) | 磷酸表面修饰的纳米二氧化钛高活性光催化剂及合成方法 | |
CN105642262B (zh) | 一种二维层状二氧化钛纳米光催化材料及制备方法 | |
CN110201655B (zh) | 一种一步法制备中空TiO2纳米微球的方法及应用 | |
CN102600822A (zh) | 碳掺杂的二氧化硅-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 | |
CN105854870B (zh) | 一种Bi2WO6分级凹槽微米球光催化剂及其制备方法 | |
CN109879312A (zh) | 一种二氧化钛光触媒纳米粉体的制备方法 | |
CN103816897A (zh) | 二氧化钛-银复合核壳结构球及其制备方法和用途 | |
CN102909009A (zh) | 一种结晶银负载TiO2纳米颗粒的制备方法 | |
CN102976401A (zh) | 氮掺杂纳米二氧化钛晶体的超声化学制备方法 | |
CN115301225A (zh) | 一种中空微球结构的铋/二氧化钛光催化降解材料的制备方法及其应用 | |
CN103933957B (zh) | 一种高结晶、尺寸可控、高能面暴露的多孔单晶纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN107043127B (zh) | 一种通过硝酸中和处理调控碱性水热法所得TiO2纳米颗粒形貌的方法 | |
CN108212187B (zh) | Fe掺杂Bi2O2CO3光催化剂的制备方法及Fe掺杂Bi2O2CO3光催化剂 | |
CN103601237A (zh) | 一种荷电性锐钛矿型二氧化钛纳米粒子及其低温制备方法 | |
Farahmandjou | Self-cleaning measurement of nano-sized photoactive TiO2 | |
Luo et al. | Preparation and photocatalytic performance of fibrous Tb 3+-doped TiO 2 using collagen fiber as template | |
Yang et al. | Photocatalytic degradation of organic dyes with H 3 PW 12 O 40/TiO 2–SiO 2 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190503 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |