[發明專利]一種二氧化鈦納米管陣列表面納米多孔層的去除方法

無效

• 申請號: 201310254421.2
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103303972A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 吳曉宏;齊敬;秦偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及二氧化鈦納米管陣列表面納米多孔層的去除方法。

背景技術

隨著世界經濟的快速發展，水污染問題日益嚴重，水中的有機污染物對人體和生物產生了明顯的毒害作用，消除水中有機污染物已成為環保領域的一項重要課題。半導體光催化降解技術是利用半導體催化劑在太陽光的照射下產生的空穴和羥基自由基將難降解有機物分解為無毒的二氧化碳、水和其它無機小分子，具有高效和環境友好等優點，是一種理想的水污染處理方法。

TiO₂粉體顆粒細小，存在易凝聚、難分離、易隨水流失和回收困難等缺點。現在學者們開始研究將TiO₂負載成膜，可以使其克服使其在水處理領域中的實際應用成為可能。負載成膜的方法主要有電化學陽極氧化、溶膠-凝膠、脈沖激光沉積和化學氣相沉積法等。其中，電化學陽極氧化法具有工藝簡單、成本低、易于實現膜層分子水平的組裝設計和功能構造等獨特優點。目前陽極氧化過程所用的電解液大多數是以乙二醇為溶劑，因為該電解液體系的反應條件溫和、粘度較小、離子傳輸速度較快，生長的管質量較好且管外壁光滑。但是乙二醇體系由于其反應條件比較溫和，在該體系中制備的二氧化鈦納米管陣列表面常有一層納米多孔層。該多孔層覆蓋在納米管陣列表面，使組成陣列的納米管的管口變小，使在納米管內組裝其他納米點、納米線、納米棒等納米材料的操作受到阻礙。因此，急需尋求一種有效的去除表面多孔層的方法，這對于制備高催化活性的二氧化鈦基復合光催化劑是至關重要的。

發明內容

本發明提供了一種去除電化學陽極氧化法制備的二氧化鈦納米管陣列表面覆蓋的納米多孔層的方法。

本發明的一種二氧化鈦納米管陣列表面納米多孔層的去除方法按以下步驟進行：

一、配制浸漬液：稱取去離子水、質量濃度為40％的氫氟酸和質量濃度為65％～68％的硝酸并混合均勻，得到浸漬液；其中質量濃度為40％的氫氟酸與去離子水的體積比為(0.2～1)∶100，質量濃度為40％的氫氟酸與質量濃度為65％～68％的硝酸的體積比為1∶(4～5)；

二、去膜：將表面覆蓋納米多孔層的二氧化鈦納米管陣列浸漬在步驟一制備的浸漬液中，浸漬2～20min后取出，用去離子水沖洗干凈，二氧化鈦納米管陣列表面覆蓋的納米多孔層被去除。

其中步驟二中表面覆蓋納米多孔層的二氧化鈦納米管陣列的制備方法按以下步驟進行：

一、對純度≥99.9％的純鈦板的表面進行預處理；二、采用去離子水、氟化銨、乙二醇配制電解液，其中乙二醇為溶劑，氟化銨的質量濃度為0.2％～0.3％，去離子水的體積濃度為1.0％～5.0％；三、在步驟二配制的電解液中，以步驟一處理的純鈦板為陽極，石墨為陰極，在電壓為50～60V的恒壓模式條件下進行陽極氧化，時間為1～1.3h，得到表面覆蓋納米多孔層的二氧化鈦納米管陣列。

其中步驟一所述的預處理具體按以下步驟進行：將純度≥99.9％的純鈦板依次用600#、1000#、2000#的金相砂紙打磨至表面無可見痕跡，然后放在丙酮中進行超聲清除油污，接著用去離子水洗滌干凈，再用化學洗液浸泡進行化學清洗，最后再用去離子水清洗干凈，干燥，完成預處理；其中化學洗液是由氫氟酸、硝酸和水按照體積比為1∶4∶5的比例混合而成的，氫氟酸的質量濃度為40％，硝酸的質量濃度為65％～68％；化學清洗的浸泡時間為30～60秒；經過預處理去除了純鈦板表面的雜質及氧化層。

本發明中由于二氧化鈦化學性質很穩定，常溫下幾乎不與其他物質發生反應，，但是二氧化鈦可以溶于熱的濃硫酸、氫氟酸，本發明中二氧化鈦納米管陣列表面的納米多孔層很薄，大約只有十幾納米厚，而氫氟酸對二氧化鈦的溶解相對較快，極易對二氧化鈦納米管陣列的破壞嚴重，不僅將覆蓋在二氧化鈦納米管陣列表面的納米多孔層去除，也使二氧化鈦納米管陣列的完整性受到破壞。為此，本發明在以氫氟酸為浸漬液中加入硝酸，做為抑制劑，使二氧化鈦納米管陣列的完整性能到保護，但覆蓋在二氧化鈦納米管陣列表面的納米多孔層得以去除。對應的反應方程式如下：