专利名称：一种糖葫芦状纯锐钛矿型纳米二氧化钛线的大量制备方法
技术领域：
本发明主要涉及ー种糖葫芦状纯锐钛矿型纳米ニ氧化钛线的大量制备方法。
背景技术：
自1972年Fujishima和Honda发现ニ氧化钛光解水后，由于ニ氧化钛在太阳能电池、光催化、光解水和传感器电池等方面具有广泛的应用前景，成为材料学科研究的热点。近年来，一维ニ氧化钛纳米结构(纳米管、纳米棒、纳米线)取代ニ氧化钛纳米颗粒成为研究的热点，这是因为光生载流子能在ー维纳米结构的轴向长距离传输，減少了空穴和电子复合的几率，预期可以提高其光催化、光解水、太阳能电池时的效率。同时ー维的ニ氧化钛纳米材料在光解水中相比ニ氧化钛颗粒具有易分离及易回收的特点。到目前为止，已经报道了多种制备一维ニ氧化钛纳米结构的方法，包括化学气相 沉积法、模板法、钛板阳极氧化法、电纺丝法和钛酸盐转换法等。在这些方法中，钛酸盐转换法因其成本低且易大量制备，最有希望实现エ业化应用。但不少制备方法并没有获得理想的纯锐钛矿型ニ氧化钛纳米结构，另外在纳米线的形状上并未获得糖葫芦状纳米线。如发明专利CN100427404C已经通过实验证实CN1699636A中一维ニ氧化钛纳米材料制备方法中的局限性，井指出钛氧粉体与强碱水热反应产物为钛酸钠纳米线，酸洗后为钛酸纳米线，而不是以前文献所讲的锐钛矿或金红石相ニ氧化钛纳米线(管)，并用实验证实了这一点。本发明人也做了实例实验，结果见图2 (钛酸纳米线的电镜照片)、图3 (钛酸纳米线的X衍射图片)，并非像有关专利及文献中所讲的锐钛矿相ニ氧化钛纳米线。
发明内容
本发明要解决的技术问题是寻找ー种エ艺简单，适合大規模生产糖葫芦状纯锐钛矿型纳米ニ氧化钛线的方法。本发明选取合适的煅烧温度、升温速率及保温时间，将钛酸纳米线完全转换为糖葫芦状锐钛型ニ氧化钛纳米线。本发明将钛酸纳米线洗涤成中性后，置入马弗炉中以2_5°C /min的升温速率加热，并在650-800°C的温度下保温2-3小吋，从而获得所需要的ニ氧化钛纳米线。所述钛酸纳米线的制备方法是钛氧粉体加入氢氧化钠水溶液，通过水热反应获得钛酸钠纳米线；用水洗涤获得钛酸钠纳米线；将洗涤后的钛酸钠纳米线加入到PH=1_2的酸溶液中进行离子交換，获得钛酸纳米线。所需钛氧粉体是ニ氧化钛,偏钛酸,偏钛酸钠或他们的组合。其中水热反应温度为160-250°c .反应时间是l-7d。氢氧化钠浓度为5-15mol/L。钛酸钠纳米线的酸洗浓度PH1-2，酸的种类可以是盐酸、硫酸或硝酸。本发明通过选取合适的煅烧温度及升温速率及保温时间，将钛酸纳米线完全转换为锐钛型ニ氧化钛纳米线，所得糖葫芦状纯锐钛矿型纳米ニ氧化钛线的主要优点是I.制备エ艺简单，參数易控制，适合大規模制备。
2.所得到的锐钛矿ニ氧化钛纳米线呈糖葫芦状，分散性好，具有较大的长细比，大的比表面积，易沉降分离，解决了ニ氧化钛颗粒在溶液中分离回收的问题。3.本发明的ニ氧化钛具有生产成本低，可循环使用，在水处理有机物降解方面具有广泛的应用前景。
图I是參考CN1699636A制备的钛酸纳米线电镜照片图2是参考CN1699636A制备的钛酸纳米线X射线3是本发明实施例I制备的ニ氧化钛纳米线电镜照片图4是本发明实施例I制备的ニ氧化钛纳米线X射线图 图5是本发明实施例2制备的ニ氧化钛纳米线电镜照片图6是本发明实施例2制备的ニ氧化钛纳米线X射线7是本发明对比例I制备的ニ氧化钛纳米线X射线8是本发明对比例I (600°C)制备的ニ氧化钛纳米线电镜照片图9是本发明对比例I (850°C)制备的ニ氧化钛纳米线电镜照片具体实例方式实施例I在50mL的高压反应釜(内衬聚四氟こ烯316不锈钢)内注入事先配好的30ml5MNa0H溶液，接着加入0. 2gTi02纳米粉末((P25，Degussa)，超声使TiO2粉末分散均匀，然后密封，在160°C的炉温(恒温干燥箱)中水热反应24小时，冷却后，倒去上清液可制得白色沉淀物，内含自生长的钛酸钠纳米线。先将富含钛酸钠纳米线白色沉淀物先后用蒸馏水、稀盐酸(pH=2)、蒸馏水反复洗涤，直至中性，生成钛酸纳米线。过滤收集后，置马弗炉中煅烧，升温梯度分别为2-5°C /min，并在650°C的炉中保温热处理2h，得到所需样品。实施例2在500mL的高压反应釜(内衬聚四氟こ烯316不锈钢)内注入事先配好的300mll5MNa0H溶液，接着加入6gTi02纳米粉末((P25, Degussa)，超声使TiO2粉末分散均匀，然后密封，在250°C的炉温(恒温干燥箱)中水热反应7天，冷却后，倒去上清液可制得白色沉淀物，内含自生长的钛酸钠纳米线。先将富含钛酸钠纳米线白色沉淀物先后用蒸馏水、稀盐酸(pH=l)、蒸馏水反复洗涤，直至中性，生成钛酸纳米线。过滤收集后，置马弗炉中煅烧，升温梯度分别为2-5°C /min，并在800°C的炉中保温热处理2h，得到所需样品。实施例1、2均能得到比表面积为35. 2m2/g,长度在十几个微米，直径在20个纳米左右的糖葫芦状纳米线，分散性能好，易沉降分离。对比例在50mL的高压反应釜(内衬聚四氟こ烯316不锈钢)内注入事先配好的30ml5MNa0H溶液，接着加入0. 2gTi02纳米粉末((P25，Degussa)，超声使TiO2粉末分散均匀，然后密封，在160°C的炉温(恒温干燥箱)中水热反应24小时，冷却后，倒去上清液可制得白色沉淀物，内含自生长的钛酸钠纳米线。先将富含钛酸钠纳米线白色沉淀物先后用蒸馏水、稀盐酸(pH=2)、蒸馏水反复洗涤，直至中性，生成钛酸纳米线。过滤收集后，置马弗炉中煅烧，升温梯度分别为2-5°C /min，并分别在645°C、805°C的炉中保温热处理2h，得到所需样品。结果表明续热处理温度645で无明显的晶相变化，805°C时出现了金红石晶相，不是纯锐钛矿相，因此后续热处理均采用650°C ^800°C。此外热处理温度645°C的SEM图片未出现糖葫芦状纳米线，热处理温度805°C的SEM图片为糖葫芦状纳米线，但其出现了金红石晶相，不是纯锐钛矿相。其他制备方法同实施例1，升温梯度为I. 5°C /min时，所得产品出现了金红石晶相，不是纯锐钛矿相，升温梯度为5. 5 0C /min时，未出现糖葫芦状纳米线。以上述依据本发明的理想实施例为启示， 通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多祥的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.一种糖葫芦状纯锐钛矿型纳米二氧化钛线的大量制备方法将钛酸纳米线洗涤成中性后，置入马弗炉中以2-5°C /min的升温速率加热，并在650_800°C的温度下保温2_3小时，从而获得所需要的二氧化钛纳米线。
2.权利要求I所述钛酸纳米线的制备方法是钛氧粉体加入氢氧化钠水溶液，通过水热反应获得钛酸钠纳米线；用水洗涤获得钛酸钠纳米线；将洗涤后的钛酸钠纳米线加入到PH= I-2的酸溶液中进行离子交换，获得钛酸纳米线。
3.权利要求2所述钛酸纳米线的制备方法，其特征是所需钛氧粉体是二氧化钛，偏钛酸，偏钛酸钠或他们的组合。
4.权利要求2所述钛酸纳米线的制备方法，其特征是水热反应温度为160-250°C，反应时间是l_7d。
5.权利要求2所述钛酸纳米线的制备方法，其特征是氢氧化钠浓度为5-15mol/L。
全文摘要
本发明涉及一种糖葫芦状纯锐钛矿型纳米二氧化钛线的大量制备方法将钛酸纳米线洗涤成中性后，置入马弗炉中以2-5℃/min的升温速率加热，并在650-800℃的温度下保温2-3小时，从而获得所需要的二氧化钛纳米线。工本发明方法工艺简单，适合大规模生产，所得到的锐钛矿二氧化钛纳米线呈糖葫芦状，分散性好，具有较大的长细比，大的比表面积，易沉降分离，解决了二氧化钛颗粒在溶液中分离回收的问题。
文档编号B82Y40/00GK102774882SQ20121023182
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者魏永 申请人:常州大学