[發明專利]基于光催化活性的二氧化鈦納米纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201310429562.3
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103482699A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李巧玲;景紅霞;萬郁楠;葉云
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B01J35/06
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及納米二氧化鈦的制備方法，特別是涉及一種通過水熱法制備二氧化鈦納米纖維的方法。

背景技術

納米二氧化鈦具有良好的光催化特性，在紫外光照射下能將有機物分解為無污染的二氧化碳和水，并具有無毒、無害、無腐蝕性、催化能力強、成本低、可重復使用等特點。但粉末狀納米二氧化鈦光催化劑存在易凝聚、易失活、使用后難回收等缺陷，嚴重限制了其應用范圍。二氧化鈦納米纖維具有很大的比表面積和很強的吸附能力，可以提高其光催化性能，且在處理污染物的過程中，二氧化鈦納米纖維更容易回收，極大的降低了治污成本。

目前，關于二氧化鈦納米纖維的合成方法主要有：兩步合成法、靜電紡絲法、水熱法、熱液法和溶膠-凝膠法等。其中水熱法具有以下優勢：1）反應在高溫高壓下進行，能實現常規條件下無法進行的反應；2）通過溫度、酸堿度、原料配比等條件的改變，能得到各種晶體結構、組成、形貌以及顆粒尺寸的產物；3）可直接得到結晶良好的粉體，無須高溫焙燒晶化；4）過程污染小。

以水熱法制備二氧化鈦納米纖維，在國內外已有報道。《水熱法制備二氧化鈦晶須》（劉澤等，硅酸鹽學報，1998,?26(3):?392-394）以鈦白粉、KOH等為原料，采用水熱法合成了金紅石型TiO₂晶須。實驗結果表明：水熱法制備TiO₂晶須的最佳條件為：反應物溶液濃度0.2～2mol/L，反應溶液中pH值大于13.5，反應溫度160～200℃，反應時間4～8h，所得產物結晶良好、尺度均勻、形貌規則，而且成本低廉，易于工業化。《Nanowires?and?Nanobelts-Materials,?Propertiers?and?Devices,?Vol?Ⅱ:Nanowires?and?Nanobelts?of?Functional?Materials(VersionⅠ)》（Z.L.Wang等，Press?of?Tsinghua?University,?2004,?157-171）運用簡單的一步水熱法制備了H₂Ti₃O₇納米管和K₂Ti₆O₁₃納米線，反應條件為水熱溫度130℃、時間3天、堿液濃度10mol/L，當采用NaOH溶液時，產物為直徑9nm、長度達數百nm的管狀材料，當采用KOH溶液時，產物為直徑5nm，長度達數百nm的線狀材料。《水熱法制備TiO₂納米纖維的最佳工藝條件》（游洋等，硅酸鹽學報，2008,?36(11):1664-1668）以銳鈦礦型TiO₂粉體為前驅體，與KOH溶液在高壓釜中進行水熱反應，制備的樣品分別經HCl溶液和蒸餾水超聲洗滌至中性，合成了H₂Ti₃O₇納米纖維。結果表明：水熱反應最佳條件為：KOH溶液濃度10～12mol/L，反應溫度150℃，時間72h。隨著反應時間的延長，納米H₂Ti₃O₇纖維的產率和長度不斷增加，72h后，前驅體完全轉變為H₂Ti₃O₇纖維，長度達到微米級，長徑比為50～60。該產物經400℃煅燒后，主要衍射峰屬銳鈦礦相TiO₂，且結晶完好，說明H₂Ti₃O₇納米纖維已轉變為TiO₂納米纖維。

國內外報道的水熱法制備二氧化鈦納米纖維都只研究了堿濃度、反應時間和反應溫度對水熱法制備二氧化鈦納米纖維的影響，而關于水熱反應釜加料系數對于水熱法制備二氧化鈦納米纖維的影響，則未有研究報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光催化活性的二氧化鈦納米纖維的制備方法，通過控制水熱法制備二氧化鈦納米纖維的反應釜加料系數，以制備出均勻的二氧化鈦納米纖維。

本發明提供的基于光催化活性的二氧化鈦納米纖維的制備方法是以銳鈦礦相TiO₂粉末為前驅體，與濃度8-12mol/L的NaOH水溶液混合后加入高壓反應釜中，升溫至160-190℃，于自生壓力下進行水熱處理24-72h，將得到的產品水洗至pH=6-8，過濾，烘干，煅燒2h，得到二氧化鈦納米纖維。其中，本發明是按照0.55-0.65的加料系數，向高壓反應釜中加入銳鈦礦相TiO₂粉末前驅體與NaOH水溶液的混合物料。