專利名稱：非水溶膠-凝膠法制備高光催化活性二氧化鈦納米棒及其表面功能化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及二氧化鈦納米棒的制備及其表面 功能化。
技術(shù)背景二氧化鈦俗稱鈦白，是研究較多的功能精細無機材料，是重要的陶瓷、半 導體及催化材料。二氧化鈦則因其良好的耐候性、耐化學腐蝕性、較高的化學 穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性、光敏性等獨特性能，可作為生產(chǎn)高級涂料、催化 劑和催化劑載體、化妝品、紫外線吸收劑、特種玻璃以及電子陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷 等精細陶瓷等的原料。銳鈦礦型二氧化鈦具有很強的光催化活性，廣泛用于廢 水和污染物的治理。二氧化鈦的催化活性不僅與其晶體構(gòu)型有關(guān)，而且與其晶粒尺寸有很大關(guān) 系。與微米尺度的二氧化鈦相比，納米尺度的二氧化鈦的催化活性有很大提高。 目前大多數(shù)的研究和專利集中于納米二氧化鈦顆粒的制備，而關(guān)于一維納米結(jié) 構(gòu)二氧化鈦的研究相對較少。一維納米二氧化鈦由于具有較大的比表面和豐富 的表面缺陷，因而比納米顆粒具有更高的催化活性。關(guān)于二氧化鈦納米棒的制備方法中，主要采用的是水熱法(Jun-Nan Nian and Hsisheng TengC/zem. S 2006, 4193-4198)，溶劑熱法(Xiangping Huang, Chunxu Pan,/ow"a/o/Co^to/GVowA 2007， 306,117—122; CN1699636A)，胺解法(CN1986908 A)。這些方法中水熱法和溶劑熱法均在高溫和高壓下進行，反 應(yīng)產(chǎn)量易受設(shè)備的限制，不易擴大生產(chǎn)規(guī)模。其它的制備方法流程復雜，而且 制備過程也需經(jīng)過高溫反應(yīng)或煅燒才能得到純的銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中利用四氯化鈦與苯甲醇直接反應(yīng)制備二氧化鈦納米棒，尚未見 有其它相關(guān)文獻報導。而且反應(yīng)在常壓和低溫下進行，獲得二氧化鈦納米棒具 有純的銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種非水溶膠一凝膠制備二氧化鈦納米棒及其表 面功能化的方法，該方法在常壓和低溫度下進行，使用的原材料品種少，得到的產(chǎn)物容易分離，成本較低，能耗低，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備與工藝簡 單，便于大規(guī)模生產(chǎn)一種非水溶膠一凝膠制備二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐步加入苯甲醇中，形成鈦含量為 0. 1 0. 7摩爾/升白色乳濁液；步驟2、將步驟1得到的白色乳濁液在60 100。C氛圍中靜置，使二氧化 鈦水解完全；步驟3、將步驟2水解完全得到的白色乳濁液離心，得到的白色沉淀用氯仿洗滌后烘干，即得銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。在所述的歩驟2中，所述的靜置時間為60 80小時。在所述的步驟1中，將四氯化鈦逐步加入含L-羥基脯氨酸的苯甲醇中，形成鈦含量為0. 1 0. 7摩爾/升，L-羥基脯氨酸的濃度為0. 05 0. 12摩爾/升的白色乳濁液，然后經(jīng)過所述的步驟2和步驟3操作，即得L-羥基脯氨酸修飾的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。本發(fā)明的效果和優(yōu)點本發(fā)明的制備過程均在常壓和60 100 T溫度下進行，使用的原材料品種少，而且不需要經(jīng)過高溫反應(yīng)便可得到純的銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物容易分離，成本較低，能耗低，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備與工藝簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。以下結(jié)合附圖和實施例進一步對本發(fā)明進行說明。


圖1是對應(yīng)實施例1所得二氧化鈦納米棒粉體的X射線衍射圖譜；圖2是對應(yīng)實施例2所得L-羥基脯氨酸修飾的二氧化鈦納米棒粉體的X 射線衍射圖譜；圖3是本實施例1所得粉體的透射電子顯微鏡圖照片(a)和高分辨率透 射電子顯微鏡圖照片(b);圖4為不同時間模擬太陽光照射下，二氧化鈦納米棒(實施例1)、表面 功能化納米棒(實施例2)和市售的DegussaP25分別降解羅丹明B的效果。衍射圖譜中(圖l、圖2)的特征峰與標準衍射圖譜(Ti02 PDF71-1169) 的峰值吻合，說明產(chǎn)物為銳鈦礦型二氧化鈦。樣品經(jīng)過高分辨率透射電子顯微 鏡(JEM-2010)觀察(見圖3)，納米棒的直徑在3納米左右，長度在IO納米 左右。圖4表明在模擬太陽光條件下，不同時間可見光照射下羅丹明B(RhB) 水溶液后，溶液中羅丹明B的濃度與起始難度的比值與照射時間的工藝。測 試條件為在反應(yīng)容器中裝入100毫升含有5毫克/升RhB的溶液，然后加入 O.l克測試樣品，溶液先預攪拌1小時達到吸附平衡，然后施加500瓦鴇燈照 射，溶液一致處于攪拌狀態(tài)并同時保持在25度，溶液中RhB的濃度通過U-3310 (HITACHI)紫外可見吸光光度計測量吸收峰強度來確定?？梢钥闯觯景l(fā)明所 制備的樣品均比DegussaP25具有更高的催化降解活性，其中經(jīng)過L-羥基脯氨 酸修飾的二氧化鈦納米棒催化活性比未修飾的納米棒具有更高的催化活性。
具體實施方式
實施例1在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐歩加入苯甲醇中形成溶液，其中鈦含量為0. 4 摩爾/升，隨后將白色乳濁液在80 'C氛圍中靜置70小時，使二氧化鈦水解完 全，反應(yīng)結(jié)束通過離心得到白色沉淀，用氯仿洗滌所白色沉淀后，然后在50 "C下烘干，得到白色銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。 實施例2取一定量的苯甲醇，加入L-羥基脯氨酸并攪拌使其完全溶解，L-羥基脯氨 酸的濃度為0.05摩爾/升。然后在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐步加入以上的 苯甲醇混合液中形成白色乳濁液，其中鈦含量為0.7摩爾/升，隨后將白色乳 濁液在60 。C氛圍中靜置80小時，使二氧化鈦水解完全，反應(yīng)結(jié)束通過離心 得到白色沉淀，用氯仿洗滌所白色沉淀后，然后在50度下烘干，得到L-羥基 脯氨酸修飾的白色銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。 實施例3在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐步加入苯甲醇中形成白色乳濁液，其中鈦含 量為0. 7摩爾/升，隨后將白色乳濁液在100 °C氛圍中靜置60小時，使二氧 化鈦水解完全，反應(yīng)結(jié)束通過離心得到白色沉淀，用氯仿洗滌所白色沉淀后， 然后在50度下烘干，得到白色銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。 實施例4取一定量的苯甲醇，加入L-羥基脯氨酸并攪拌使其完全溶解，L-羥基脯氨 酸的濃度為0.12摩爾/升。然后在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐步加入以上的 苯甲醇與L-羥基脯氨酸混合液中形成白色乳濁液，其中鈦含量為0. 1摩爾/升， 隨后將白色乳濁液在100"C氛圍中靜置80小時，使二氧化鈦水解完全，反應(yīng) 結(jié)束通過離心得到白色沉淀，用氯仿洗滌所白色沉淀后，然后在50度下烘干， 得到L-羥基脯氨酸修飾的白色銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
權(quán)利要求
1. 一種非水溶膠-凝膠制備二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、在劇烈攪拌下，將四氯化鈦逐步加入苯甲醇中，形成鈦含量為0.1～0.7摩爾/升白色乳濁液；步驟2、將步驟1得到的白色乳濁液在60～100℃氛圍中靜置，使二氧化鈦水解完全；步驟3、將步驟2水解得到的白色乳濁液離心，得到的白色沉淀用氯仿洗滌后烘干，即得銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水溶膠一凝膠制備二氧化鈦納米棒的 方法，其特征在于所述的步驟2中，所述的靜置時間為60 80小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水溶膠一凝膠制備二氧化鈦納米棒的 方法，其特征在于所述的步驟1中，將四氯化鈦逐步加入含L-羥基脯 氨酸的苯甲醇中，形成鈦含量為0. 1 0. 7摩爾/升，L-羥基脯氨酸的 濃度為0. 05 0. 12摩爾/升白色乳濁液，然后經(jīng)過所述的步驟2和步驟 3操作，即得L-羥基脯氨酸修飾的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非水溶膠-凝膠方法制備二氧化鈦納米棒，而且可以實現(xiàn)二氧化鈦納米棒的在線功能化。本方法采用苯甲醇為反應(yīng)體系介質(zhì)，將四氯化鈦直接溶解于苯甲醇中，利用四氯化鈦在苯甲醇中的低溫下水解一步合成高活性的二氧化鈦納米棒。通過在反應(yīng)體系中加入功能化試劑，實現(xiàn)二氧化鈦納米棒在線功能化，進一步提高其光催化活性。本發(fā)明制備方法簡單，整個過程均在40~100℃下進行，制備出的二氧化鈦粒度分布均勻，晶體結(jié)構(gòu)為單一的銳鈦礦相，工藝過程容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號B01J21/00GK101264928SQ20081004743
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者張禮知, 賈會敏, 賈法龍 申請人:華中師范大學