CN110877916A - 制备管状二氧化钛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种制备管状二氧化钛的方法，涉及二氧化钛的制备领域，提供一种制备较大管径的二氧化钛管状氧化物的方法。主要采用的技术方案为:一种制备管状二氧化钛的方法，所述方法的步骤为:(1)先将铝箔在盐酸和硫酸的混合液中加载第一次电流，再在硝酸溶液中加载第二次电流，得到腐蚀铝箔；(2)将钛酸四丁酯加入乙醇和三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行性一次搅拌，加入醋酸后，进行二次搅拌，得到溶胶凝胶；(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中，然后取出干燥，放入马弗炉中处理，得到中间铝箔；(4)使用氢氧化钠溶液浸泡所述中间铝箔，得到成品。

Description

制备管状二氧化钛的方法
技术领域
本发明属于二氧化钛的制备领域，具体涉及一种制备管状二氧化钛的方法。
背景技术
目前，制备管状二氧化钛的方法主要有:1、模板法，使用柱状的单晶氧化铝或碳纳米管做作为模板使用电沉积法与溶胶凝胶法沉积在模板上，此方法生产的管状二氧化钛直径尺寸在10-500nm之间，长度在100nm-100μm之间；2、阳极氧化法，将钛片放在氢氟酸(HF)溶液中阳极氧化得到二氧化钛纳米管，此方法可以制备出直径为10nm-500nm之间的二氧化钛纳米管，长度在100nm-100μm之间；3、水热法，以二氧化钛为钛源在高温浓碱中反应，再经离子交换、焙烧后得到二氧化钛纳米管。这种方法生产的二氧化钛纳米管直径范围为2-20nm之间，长度在几十微米以内。目前的生产方法生产的管状二氧化钛尺寸一般在500nm以下，不能满足需要较大直径二氧化钛管状氧化物的环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备较大管径的二氧化钛管状氧化物的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种制备管状二氧化钛的方法，所述方法的步骤为:
(1)先将铝箔在盐酸和硫酸的混合液中加载第一次电流，再在硝酸溶液中加载第二次电流，得到腐蚀铝箔；
(2)将钛酸四丁酯加入乙醇和三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行性一次搅拌，加入醋酸后，进行二次搅拌，得到溶胶凝胶；
(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中，然后取出干燥，放入马弗炉中处理，得到中间铝箔；
(4)使用氢氧化钠溶液浸泡所述中间铝箔，得到成品。
进一步的，在步骤(1)中，所述铝箔的纯度>99.999％，所述盐酸的浓度为0.5-3mol/L，所述硫酸的浓度为0.5-5mol/L，所述硝酸的质量百分数为0.5-5wt％。
进一步的，在步骤(1)中，所述混合液的温度为60-97℃，所述硝酸溶液的温度为75±1℃。
进一步的，在所述步骤(1)中，所述第一次电流的电流密度为200mA/cm2，加载时间为1-180s，所述第二次电流的电流密度为50mA/cm2，加载时间为0-600s。
进一步的，在步骤(2)中，组分加入量以重量份计，所述钛酸四丁酯85份，所述乙醇75份，所述三乙醇胺3份。
进一步的，在步骤(2)中，所述一次搅拌的时间为0.5-3h，所述二次搅拌的时间为0.5-4h，在所述二次搅拌时，加入硝酸盐。
进一步的，在步骤(3)中，所述腐蚀铝箔的浸泡时间为3-60min，所述干燥的时间为0.5-3h，所述处理的时间为10-60min。
进一步的，在步骤(3)中，所述处理的温度为300-600℃。
进一步的，在步骤(4)中，所述氢氧化钠溶液的质量百分数为1-10wt％，所述中间铝箔的浸泡时间为3-20min。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明可以制备出直径尺寸为500nm-2μm的管状氧化物，拓宽了管状二氧化钛的产品范围。
附图说明
图1为本发明实施例提供的实施例一中腐蚀铝箔表面的扫描电镜图；
图2为本发明实施例提供的实施例二中腐蚀铝箔表面的扫描电镜图；
图3为本发明实施例提供的实施例三中腐蚀铝箔表面的扫描电镜图；
图4为本发明实施例提供的实施例三中腐蚀铝箔截面的扫描电镜图；
图5为本发明实施例提供的实施例三中管状二氧化钛的扫描电镜图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明制备管状二氧化钛的方法之前，有必要对本发明中提及的相关材料和概念做进一步说明，以达到更好的效果。本发明中：
本方法所用金属硝酸盐为硝酸铈、硝酸镍或者硝酸铝等；
本方法所用高纯电子铝箔的纯度>99.999％。
在了解了上述相关材料及其选取之后，即可着手说明制备管状二氧化钛的方法。下面将结具体的实施例，对本发明制备管状二氧化钛的方法做进一步的详细介绍：
实施例一
制备管状二氧化钛的方法，步骤如下：
(1)将尺寸为4x5cm2的高纯电子铝箔在97℃的0.5mol/L的盐酸溶液和0.5mol/L的硫酸溶液的混合酸中加载第一次恒定电流180s，第一次恒定电流电流密度为200mA/cm2，制备出带有细小隧道孔的腐蚀铝箔，该腐蚀铝箔的隧道孔径约500nm，如图1所示。
(2)将85g钛酸四丁酯加入75g的乙醇与3g的三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行一次搅拌0.5h，加入醋酸后，进行二次搅拌4h，得到溶胶凝胶。在二次搅拌时，根据需要向溶胶凝胶中添加其他金属硝酸盐进行改性处理。
(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中3min，然后取出自然干燥0.5h后，放入设定温度为300℃的马弗炉中处理60min，得到中间铝箔。
(4)使用1wt％氢氧化钠溶液浸泡中间铝箔20min，得到成品管状二氧化钛。
实施例二
制备管状二氧化钛的方法，步骤如下：
(1)将尺寸为4x5cm2的高纯电子铝箔在60℃的3mol/L的盐酸溶液和5mol/L的硫酸溶液的混合酸中加载第一次恒定电流120s，第一次恒定电流电流密度为200mA/cm2；再在75±1℃的5wt％的硝酸溶液中加载第二次恒定电流600s，第二次恒定电流的电流密度为50mA/cm2，制备出带有隧道孔的腐蚀铝箔，该腐蚀铝箔的隧道孔径约2μm，如图2所示。
(2)将85g钛酸四丁酯加入75g的乙醇与3g的三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行一次搅拌3h，加入醋酸后，进行二次搅拌0.5h，得到溶胶凝胶。在二次搅拌时，根据需要向溶胶凝胶中添加其他金属硝酸盐进行改性处理。
(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中60min，然后取出自然干燥3h后，放入设定温度为600℃的马弗炉中处理60min，得到中间铝箔。
(4)使用3wt％氢氧化钠溶液浸泡中间铝箔10min，得到成品管状二氧化钛。
实施例三
制备管状二氧化钛的方法，步骤如下：
(1)将尺寸为4x5cm2的高纯电子铝箔在65℃的1mol/L的盐酸溶液和3mol/L的硫酸溶液的混合酸中加载第一次恒定电流90s，第一次恒定电流电流密度为200mA/cm2；再在75±1℃的3wt％的硝酸溶液中加载第二次恒定电流300s，第二次恒定电流的电流密度为50mA/cm2，制备出带有隧道孔的腐蚀铝箔，该腐蚀铝箔的隧道孔径约1μm，如图3和图4所示。
(2)将85g钛酸四丁酯加入75g的乙醇与3g的三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行一次搅拌1h，加入醋酸后，进行二次搅拌2h，得到溶胶凝胶。在二次搅拌时，根据需要向溶胶凝胶中添加其他金属硝酸盐进行改性处理。
(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中20min，然后取出自然干燥1h后，放入设定温度为500℃的马弗炉中处理30min，得到中间铝箔。
(4)使用10wt％氢氧化钠溶液浸泡中间铝箔3min，得到成品管状二氧化钛。成品管状二氧化钛如图5所示。
综上所述实施例，高纯电子铝箔在盐酸和硫酸的混合酸中加载直流电可以发出细小的隧道孔，在硝酸溶液中加载直流电起到扩大孔径的作用，根据需要的孔径大小加载不同时间的恒定电流。
本发明公布的技术通过在具有腐蚀隧道孔的铝箔上沉积一层二氧化钛的溶胶凝胶，溶胶凝胶沿隧道孔的孔壁固化成型，而成管状。沉积有溶胶凝胶的铝箔经自然风干和500℃高温空气中处理之后，使用氢氧化钠溶液溶解掉金属铝得到二氧化钛纳米管，该方法可以制备出直径较大的二氧化钛纳米管，尺寸范围为500nm-2μm，长度范围从10nm-100μm之间，该方法制备的二氧化钛纳米管直径调控范围更广，并且可以通过在溶胶凝胶中掺杂其他的金属氧化物进行改性。
二氧化钛(TiO2)在光学、电学等方面拥有独特的性质，尤其是纳米管二氧化钛既有纳米材料的尺寸效应，又有二氧化钛独特的性质被广泛应用于光催化、传感器等方面，而本发明的管状二氧化钛，制作过程简单，易于控制。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，所述方法的步骤为:
(1)先将铝箔在盐酸和硫酸的混合液中加载第一次电流，再在硝酸溶液中加载第二次电流，得到腐蚀铝箔；
(2)将钛酸四丁酯加入乙醇和三乙醇胺的混合液中，在磁力搅拌器中进行性一次搅拌，加入醋酸后，进行二次搅拌，得到溶胶凝胶；
(3)将所述腐蚀铝箔浸泡在所述溶胶凝胶中，然后取出干燥，放入马弗炉中处理，得到中间铝箔；
(4)使用氢氧化钠溶液浸泡所述中间铝箔，得到成品。
2.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述铝箔的纯度>99.999％，所述盐酸的浓度为0.5-3mol/L，所述硫酸的浓度为0.5-5mol/L，所述硝酸的质量百分数为0.5-5wt％。
3.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合液的温度为60-97℃，所述硝酸溶液的温度为75±1℃。
4.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述第一次电流的电流密度为200mA/cm2，加载时间为1-180s，所述第二次电流的电流密度为50mA/cm2，加载时间为0-600s。
5.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(2)中，组分加入量以重量份计，所述钛酸四丁酯85份，所述乙醇75份，所述三乙醇胺3份。
6.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述一次搅拌的时间为0.5-3h，所述二次搅拌的时间为0.5-4h，在所述二次搅拌时，加入硝酸盐。
7.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述腐蚀铝箔的浸泡时间为3-60min，所述干燥的时间为0.5-3h，所述处理的时间为10-60min。
8.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述处理的温度为300-600℃。
9.根据权利要求1所述的制备管状二氧化钛的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述氢氧化钠溶液的质量百分数为1-10wt％，所述中间铝箔的浸泡时间为3-20min。
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