[發明專利]表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球的制備方法

無效

• 申請號: 201010130872.1
• 申請日: 2010-03-22
• 公開（公告）號: CN102199004A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 賀軍輝;何溥
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C03C17/25
• 分類號: C03C17/25
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及在空心球表面經過溶膠-凝膠過程處理后定向生長二氧化鈦納米棒的制備方法，以及該方法得到的表面具有光催化性能的二氧化鈦納米棒。

背景技術

自1973年從粉煤灰中提取出空心玻璃微球以來，空心球以其優異的物理化學性能及廣闊的應用前景，引起了眾多科學家和工程技術人員的研究興趣。它作為一種新型多功能材料，具有顆粒微細、中空、質輕、耐高溫、絕緣、化學性能穩定等特性，已廣泛應用于建材、塑料、橡膠、涂料、化學、冶金、航海、航天等領域。

1976年(瑞士)Cary等人研究發現納米TiO₂在紫外線照射下可使難降解的有機化合物多氯聯苯脫氯后，納米TiO₂由于具有抗化學和光腐蝕、性能穩定、無毒、催化活性高、價廉等優點而備受重視，是一種很有開發前景的環保型催化劑。空心微球的中空、質輕與TiO₂的光催化效果有機結合起來，有望制備能在水面上漂浮的光催化劑，不僅提高光催化活性，充分利用太陽光，而且便于分離再利用，預計可以在水治理方面起到很好的效果，應用前景誘人。

發明內容

本發明的目的之一是提供表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球的制備方法，該制備方法工藝簡單、成本低。

本發明的目的之二是提供目的一方法得到的一種質輕，耐腐蝕，具有光催化性能的表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球。

本發明所提供的方法，可制備表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球；通過表面溶膠-凝膠過程在空心微球表面包覆一層TiO₂薄膜，再經過煅燒，水熱組裝過程，得到表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球。經過測試表明制得的二氧化鈦納米棒定向生長在空心玻璃微球表面，二氧化鈦正方形的納米棒的截面周長60～400納米，高度為300～800納米，具有很好的結構特性。

本發明的表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球的制備方法包括以下步驟：

(1)在室溫下取17～51克鈦酸四丁酯溶于50～200毫升甲苯中，攪拌形成均一溶液；

(2)將0.5～5克空心玻璃微球放入步驟(1)得到的溶液中，攪拌；

(3)將步驟(2)得到的產物過濾出后，先用甲苯洗滌再經水洗滌；

(4)將步驟(3)得到的產物再放入與步驟(1)相同的溶液中，攪拌，再經過濾出后，先用甲苯洗滌后再經水洗；優選用甲苯洗滌后再經水洗的洗滌方式循環2～15次；

(5)將步驟(4)得到的產物在溫度為400～700攝氏度煅燒；

(6)將步驟(5)得到的產物放入鹽酸水溶液中，其中，質量濃度為37％的鹽酸與水的體積比為1∶2～3∶1；加入0.5～5g鈦酸四丁酯，轉入水熱反應釜中密封并在溫度為100～200攝氏度下進行水熱反應后得到表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球。

所述的空心玻璃微球的粒徑為40～100微米。

步驟(1)、步驟(2)及步驟(4)所述攪拌的時間都是5～30分鐘。

步驟(2)及步驟(4)所述的攪拌的速率是500～2000轉/分。

步驟(5)所述煅燒的時間是2～10小時。

步驟(6)所述水熱反應的時間是2～10小時。

所述的鈦酸四丁酯的純度優選不小于98％；所述的甲苯的純度優選不小于99.5％。

所述的水為電導率18.2MΩ的超純水。

本發明方法得到的表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球，是在所述的空心玻璃微球表面較為均勻的垂直生長有銳鈦礦型二氧化鈦納米棒，并形成緊密有序定向排列的截面為正方形的納米棒陣列。

所述的正方形的納米棒的截面周長60～400納米，高度為300～800納米；

所述的空心玻璃微球的粒徑為40～100微米。

本發明提供的表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球的制備方法，及所得的表面定向生長二氧化鈦納米棒的空心玻璃微球與機理：取鈦酸四丁酯溶于甲苯中，加入空心玻璃微球攪拌，目的是空心玻璃微珠表面包覆二氧化鈦膜；然后過濾，洗滌，重復2～15次，目的是使二氧化鈦膜完全包覆在空心玻璃微球表面；在溫度為400～700攝氏度條件下煅燒2～10小時，去除樣品中的雜質，使二氧化鈦膜成銳鈦礦型，最后將得到的樣品放入在鹽酸(質量濃度為37％)/水(體積比為1∶2～3∶1)溶液中，加入0.5～5g鈦酸四丁酯，轉入水熱反應釜中密封并在溫度為100～200攝氏度下進行水熱反應2～10小時，將樣品洗滌，干燥得到最終產物。