專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高熱、光穩(wěn)定性鈦氧基納米管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有聞熱穩(wěn)定性、聞光穩(wěn)定性的欽氧基納米管，本發(fā)明還涉及制備該鈦氧基納米管的方法及特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，水污染問(wèn)題越來(lái)越成為目前亟待解決的一大難題。清除水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)已成為環(huán)保領(lǐng)域的一項(xiàng)重要工作。對(duì)污水的處理方法很多，其中利用納米TiO2光催化分解有機(jī)污染物是一種很有發(fā)展前途的新型水處理技術(shù)。作為一種常見(jiàn)的氧化物半導(dǎo)體材料，TiO2以其無(wú)毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。納米TiO2不僅自身具有優(yōu)異的催化性能，而且作為載體也得到廣泛研究。但是，TiO2 粉體在水中不易分離，存在回收困難的問(wèn)題。TiO2納米管作為納米TiO2的一種存在形式，是目前最活躍的研究對(duì)象之一。與普通TiO2納米粉體相比，TiO2納米管的管狀卷曲結(jié)構(gòu)、大的比表面積和高的沉降性等優(yōu)異性能有望進(jìn)一步擴(kuò)寬其在傳感器、儲(chǔ)氫材料、太陽(yáng)能利用、 光催化劑等領(lǐng)域的應(yīng)用，被普遍認(rèn)為是一種極具潛力的無(wú)機(jī)功能材料。目前TiO2納米管的制備方法主要有模板法、陽(yáng)極氧化法、氣相沉積法及水熱合成法等。其中，水熱合成方法作為一種條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、高效且具有很強(qiáng)調(diào)控能力的新合成途徑得到了廣泛的應(yīng)用。
但是，水熱法制備的TiO2納米管熱穩(wěn)定性較差。在常壓下，當(dāng)處理溫度小于等于 300°C時(shí)，納米管易發(fā)生層內(nèi)OH基團(tuán)的脫水；當(dāng)溫度大于300°C時(shí)，會(huì)進(jìn)一步發(fā)生層間OH基團(tuán)的脫水，納米管被破壞，比表面積急劇下降。表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素， 表面積越大，吸附量越大，催化活性就越強(qiáng)。因此提高納米管的熱穩(wěn)定性成為亟待解決的問(wèn)題之一。
另外，水熱法制備的TiO2納米管其管狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)光照還原后會(huì)遭到很大破壞。眾所周知，水熱法合成的TiO2納米管的生成機(jī)理為卷曲機(jī)制，在管狀結(jié)構(gòu)形成的過(guò)程中，產(chǎn)生了許多OH和不飽和O。由于TiO2在光照還原過(guò)程中光催化分解水可以產(chǎn)生部分H·，在紫外光激發(fā)下，納米管上的不飽和O和OH易與光生H ·結(jié)合，導(dǎo)致納米管中Ti-O鍵的斷裂。 最后使納米管的結(jié)構(gòu)破壞，比表面積減小。比表面是影響催化性能的主要因素之一，比表面越小，其催化性能越差。
綜上，合成具有高熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性的鈦氧基納米管是目前亟待解決的問(wèn)題。而本發(fā)明以水熱法合成的TiO2納米管為基礎(chǔ)，采用溶膠浸潰方法制備高熱、光穩(wěn)定性鈦氧基納米管則完美地解決了這一問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是
以水熱法制備的TiO2納米管為模板，將其浸潰到稀溶膠(可根據(jù)需要制備任何膠體溶液，如氫氧化鐵膠體、由鈦酸丁酯形成的膠體等)中，攪拌、超聲、離心、焙燒，從而得到高光、熱穩(wěn)定性的鈦氧基納米管。
光、熱穩(wěn)定性能研究表明，本方法制備的鈦氧基納米管經(jīng)光照及400°C焙燒后后管狀結(jié)構(gòu)完整，無(wú)破壞。光、熱穩(wěn)定性能良好。
其中TiO2納米管的水熱合成方法為將 I. 5g TiO2粉末(銳鈦礦型)與IOmol/ L NaOH溶液密封在70mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，攪拌條件下油浴加熱至 150°C反應(yīng)12h。 將得到的絮狀物離心清洗，用稀硝酸溶液調(diào)至酸性后攪拌，之后用蒸餾水洗至中性。得到白色的TiO2納米管。
本發(fā)明中所用稀溶膠無(wú)任何限制，實(shí)驗(yàn)者可結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)需要及相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域制備任何稀溶膠溶液。例如，F(xiàn)e2O3作為一種半導(dǎo)體材料，具有較窄的禁帶寬度，其吸收光譜與太陽(yáng)能光譜較為匹配，可以直接利用太陽(yáng)能。故將Fe2O3和TiO2的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，用Fe2O3 改性TiO2備受關(guān)注。結(jié)合本發(fā)明，可將熱法制備的TiO2納米管浸潰到氫氧化鐵膠體中， 焙燒后氫氧化鐵膠體分解成Fe2O3顆粒，這些顆粒加固并支撐納米管，使其在焙燒過(guò)程中不發(fā)生坍塌，同時(shí)，得到的Fe2O3顆粒又可以和TiO2納米管結(jié)合，提高TiO2納米管的光催化性能。這里列舉兩種膠體的制備方法
氫氧化鐵膠體制備方法為將一定量的稀Fe (NO3) 3 · 9H20溶液逐滴滴加到IOOmL 沸騰的水中，得到棕紅色的Fe (OH) 3膠體。
由鈦酸丁酯形成的膠體其制備方法為將15mL鈦酸丁酯緩慢加入到劇烈攪拌的 225mL無(wú)水乙醇中形成均勻透明的淡黃色溶液，記為溶液A。之后將15mL去離子水加入到攪拌的225mL無(wú)水乙醇中，混合，用酸調(diào)節(jié)其pH為 3，記為溶液B。于攪拌條件下，將A溶液滴加到B溶液中，得到澄清透明的含鈦膠體。
本發(fā)明的基本原理是由于水熱法合成的TiO2內(nèi)米管的生成機(jī)理為卷曲機(jī)制，因此 TiO2納米管是開(kāi)口的中空管，孔壁為層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)將TiO2納米管浸潰到稀膠體溶液中，納米管的管壁和層間被涂上一層膠。經(jīng)過(guò)焙燒，膠體分解為相應(yīng)的納米粒子。分解得到的納米粒子在納米管管壁形成一層均勻的固體墻，保護(hù)納米管結(jié)構(gòu)不被破壞。同時(shí)，插入層間的納米粒子和層間脫水后產(chǎn)生的不飽和Ti-、O-鍵相連來(lái)支撐著納米管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其不發(fā)生坍塌。從而使得鈦氧基納米管具有較高的光、熱穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例
以水熱法制備的TiO2納米管為模板，將其浸潰到由鈦酸丁酯形成的膠體中制備高光、熱穩(wěn)定性的鈦氧基納米管
在高速攪拌條件下，稱(chēng)取I. Og水熱法制備的TiO2納米管放入到由鈦酸丁酯形成的溶膠中室溫?cái)嚢?2h，之后超聲3. 5h，離心，80°C烘干。研磨后于馬弗爐中400°C下焙燒 2h。所得固體粉末即為制備得到的高光、熱穩(wěn)定性的鈦氧基納米管。權(quán)利要求
1.一種TiO2納米管，其特征在于它是采用水熱法制備得到的白色絮狀物，并且此絮狀物需用蒸餾水反復(fù)清洗至中性，之后用稀硝酸溶液調(diào)至酸性后攪拌數(shù)小時(shí)，再用蒸餾水洗至中性。
2.一種高熱、光穩(wěn)定性的鈦氧基納米管，其特征在于將權(quán)利要求I所述的TiO2納米管浸潰到稀溶膠中，攪拌數(shù)小時(shí)，超聲數(shù)小時(shí)，之后離心，焙燒，其中所述的溶膠是極稀溶膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高熱、光穩(wěn)定性的鈦氧基納米管的制備方法，其特征在于所述的稀溶膠沒(méi)有任何限制，可根據(jù)實(shí)際需要及應(yīng)用領(lǐng)域制備任何稀膠體溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高熱、光穩(wěn)定性的鈦氧基納米管的制備方法，其特征在于所述的超聲步驟為低能超聲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高熱、光穩(wěn)定性鈦氧基納米管的制備方法。具體為以水熱法制備的TiO2納米管為模板，根據(jù)研究需要，制備相應(yīng)膠體溶液，之后將TiO2納米管浸漬到膠體溶液中。經(jīng)離心，焙燒后，得到功能化的高熱、光穩(wěn)定性鈦氧基納米管。本方法工藝簡(jiǎn)單，容易操作。光、熱穩(wěn)定性能研究表明，本方法制備的鈦氧基納米管經(jīng)光照及400℃焙燒后管狀結(jié)構(gòu)完整，無(wú)破壞。光、熱穩(wěn)定性能良好。此方法中所用膠體溶液無(wú)任何限制，可根據(jù)研究需要及實(shí)際應(yīng)用制備任何膠體溶液。
文檔編號(hào)B01J21/06GK102974349SQ20121045710
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者安會(huì)琴 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)