一种纳米管状钛酸钠/钛酸的制备方法

摘要

一种纳米管状钛酸钠/钛酸的制备方法，包括如下步骤：(1)把含钛化合物与重量百分比20－80％的强碱溶液在容器中混合；(2)于微波炉中加热回流10分钟－20小时；(3)将反应后混合液冷却沉降、沉淀洗涤至pH值为6－8、分离，得到纳米管状钛酸钠。上述反应所得产品在强酸溶液中浸泡3－72小时，洗涤，干燥得纳米管钛酸。该方法反应条件温和、反应速度快，所得到的产品有高的性能价格比，适合工业化大规模生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种以微波辐射作为加热源制备纳米管状结构的钛酸钠和钛酸的方法。

背景技术

纳米管钛酸钠/钛酸具有优良的光学性质和电学性质，具有一定的机械性质和大的比表面积，特别是有很高的可见光响应，具有很好的荧光效应和增强电致发光性能，具有离子交换性质，可被广泛用于催化剂或催化剂的载体、太阳能电池、传感器件、光学器件；用于陶瓷、油漆涂料、织物和塑料的添加剂和通过离子交换制备其他钛酸盐纳米管；可以作为银离子的回收剂；也可以作为分析低级烷烃的色谱担体。传统的纳米管钛酸钠/钛酸制备方法包括模板法、烧结法、水热法、低温回流法等，其中：烧结法所得到的产品粗而短，长径比小，而且要求温度很高；水热法虽得到的产品性能优良，但是其所要求的高温高压条件不易达到；低温回流法克服了上述缺点，产品性能也好，只是反应时间太长，制约了工业化生产。

发明内容

本发明目的在于提供一种常温常压下快速制备纳米管钛酸钠/钛酸的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种纳米管钛酸钠制备方法，包括如下步骤：(1)把含钛化合物与重量百分比20-80％的强碱溶液在容器中混合，(2)以微波作加热源，加热回流10分钟-20小时。

还包括步骤(3)将反应后混合液冷却沉降、沉淀洗涤至pH值为6-8、分离。

所述含钛化合物为锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛、板钛矿型二氧化钛、偏钛酸、钛酸酯，所述强碱溶液为NaOH溶液，含钛化合物与强碱摩尔比为1∶4-1∶80。

所述微波炉频率为300MHz-300GHz，反应体系为敞开体系。

一种纳米管钛酸制备方法，包括如下步骤：(1)把含钛化合物与重量百分比20-80％的强碱溶液在容器中混合，(2)以微波作加热源，加热回流10分钟-20小时，(3)将反应后混合液冷却沉降、沉淀洗涤至pH值为6-8、分离，(4)得到的产品在强酸溶液中浸泡3-72小时，洗涤，干燥。

所述含钛化合物为锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛、板钛矿型二氧化钛、偏钛酸、钛酸酯，所述强碱溶液为NaOH溶液，含钛化合物与强碱摩尔比为1∶4-1∶80。

所述微波炉频率为300MHz-300GHz，反应体系为敞开体系。

所述的强酸为盐酸、硝酸、硫酸、醋酸其中的任意一种，酸溶液的浓度为0.01-0.1mol/L；洗涤剂为蒸馏水、乙醇/蒸馏水混合液、乙醇或丙酮。

本发明所采取的方法为微波辅助化学液相法，所制得的纳米管钛酸经过真空干燥或在空气中热处理可转化为锐钛矿型二氧化钛，转化后得到的锐钛矿型二氧化钛也具有较大的比表面积。

本发明在反应中引入微波作为辅助手段，在微波热效应和非热效应下，能够快速得到产品。反应在液相条件下进行，所得到的产品长径比大，品质优良；反应在敞开体系中进行，不存在高温高压的苛刻条件；反应时间短，设备投资少，而且生产中能源消耗少，适合工业化生产；反应过程中的强碱可以循环使用，可以控制无三废排放，适合于工业化生产。所得产品形貌均匀，比表面积大，有强的可见光响应，产品具有很好的荧光效应和增强电致发光性能、具有好的离子交换性能，可被广泛用于催化剂或催化剂的载体、太阳能电池、传感器件、光学器件；用于陶瓷、油漆涂料、织物和塑料的添加剂和通过离子交换制备其他钛酸盐纳米管；可以作为银离子的回收剂；也可以作为分析低级烷烃的色谱担体等，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明中所用实验装置示意图(其中，1为微波炉，2为反应容器，3为搅拌器，4为回流冷凝管)；

图2为本发明所得产品的电镜照片(2万倍)(日本电子(JEOL)产JEM-100CX II型透射电子显微镜(TEM)，加速电压为100kV，制样采用无水乙醇超声分散后滴加在负有碳膜的铜网上，空气中干燥)；

图3为本发明所得产品的高倍电镜照片(20万倍)(日本电子(JEOL)产JEM-100CX II型透射电子显微镜(TEM)，加速电压为100kV，制样采用无水乙醇超声分散后滴加在负有碳膜的铜网上，空气中干燥)；

图4为本发明所得纳米管钛酸钠的X射线衍射图(荷兰PHILIPS产X′Pert Pro型X射线粉末衍射仪(XRD)，电压40kv，电流40mA，辐射源为CuKαI，λ＝1.54056)；

图5为本发明所得纳米管钛酸的X射线衍射图(荷兰PHILIPS产X′PertPro型X射线粉末衍射仪(XRD)，电压40kv，电流40mA，辐射源为CuKαI，λ＝1.54056)。

具体实施方式

实施例1、取5g TiO₂(舟山明日化工厂产锐钛矿二氧化钛粉末)，缓慢加入盛有100ml浓度为40％(重量百分比浓度)的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波炉中，设置为中低火(750W，工作10s，停12s)用机械搅拌器搅拌，并加回流冷凝管，反应6小时，冷却沉降，倾出上清液，用蒸馏水洗涤至pH值为6.0-8.0，过滤，干燥，即得纳米管钛酸钠产品，然后用0.1M的盐酸浸泡8小时，过滤、洗涤、干燥即得纳米管钛酸产品。

实施例2、取含水量50％的偏钛酸浆料5g，缓慢加入盛有100ml浓度为40％(重量分数)的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波炉中，设置为中低火(同上)，用机械搅拌器搅拌，并加回流冷凝管，反应6小时，冷却沉降，倾出上清液，用蒸馏水洗涤至pH值为6.0-8.0，过滤，干燥，即得纳米管钛酸钠产品，然后用0.1M的盐酸浸泡8小时，过滤、洗涤、干燥即得纳米管钛酸产品。

实施例3、取试剂级TiO₂ 1g，缓慢加入盛有100ml浓度为40％(重量分数)的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波炉中，设置为中火(750W，工作12s，停10s)，用机械搅拌器搅拌，并加回流冷凝管，反应6小时，冷却沉降，倾出上清液，用蒸馏水洗涤至pH值为6.0-8.0，过滤，干燥，即得纳米管钛酸钠产品，然后用0.1M的盐酸浸泡8小时，过滤、洗涤、干燥即得纳米管钛酸产品。

实施例4、取2.5g TiO₂(舟山明日化工厂产锐钛矿二氧化钛粉末)，缓慢加入盛有100ml浓度为40％(重量分数)的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波炉中，设置为中高火(750W，工作17s，停5s)用机械搅拌器搅拌，并加回流冷凝管，反应1小时，冷却沉降，倾出上清液，用蒸馏水洗涤至pH值为6.0-8.0，过滤，干燥，即得纳米管钛酸钠产品，然后用0.1M的硝酸浸泡8小时，过滤、洗涤、干燥即得纳米管钛酸产品。