專利名稱：一種納米管狀鈦酸鈉/鈦酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以微波輻射作為加熱源制備納米管狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉和鈦酸的方法。
背景技術(shù)：
納米管鈦酸鈉/鈦酸具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，具有一定的機(jī)械性質(zhì)和大的比表面積，特別是有很高的可見光響應(yīng)，具有很好的熒光效應(yīng)和增強(qiáng)電致發(fā)光性能，具有離子交換性質(zhì)，可被廣泛用于催化劑或催化劑的載體、太陽(yáng)能電池、傳感器件、光學(xué)器件；用于陶瓷、油漆涂料、織物和塑料的添加劑和通過(guò)離子交換制備其他鈦酸鹽納米管；可以作為銀離子的回收劑；也可以作為分析低級(jí)烷烴的色譜擔(dān)體。傳統(tǒng)的納米管鈦酸鈉/鈦酸制備方法包括模板法、燒結(jié)法、水熱法、低溫回流法等，其中燒結(jié)法所得到的產(chǎn)品粗而短，長(zhǎng)徑比小，而且要求溫度很高；水熱法雖得到的產(chǎn)品性能優(yōu)良，但是其所要求的高溫高壓條件不易達(dá)到；低溫回流法克服了上述缺點(diǎn)，產(chǎn)品性能也好，只是反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，制約了工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種常溫常壓下快速制備納米管鈦酸鈉/鈦酸的方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種納米管鈦酸鈉制備方法，包括如下步驟(1)把含鈦化合物與重量百分比20-80％的強(qiáng)堿溶液在容器中混合，(2)以微波作加熱源，加熱回流10分鐘-20小時(shí)。
還包括步驟(3)將反應(yīng)后混合液冷卻沉降、沉淀洗滌至pH值為6-8、分離。
所述含鈦化合物為銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸酯，所述強(qiáng)堿溶液為NaOH溶液，含鈦化合物與強(qiáng)堿摩爾比為1∶4-1∶80。
所述微波爐頻率為300MHz-300GHz，反應(yīng)體系為敞開體系。
一種納米管鈦酸制備方法，包括如下步驟(1)把含鈦化合物與重量百分比20-80％的強(qiáng)堿溶液在容器中混合，(2)以微波作加熱源，加熱回流10分鐘-20小時(shí)，(3)將反應(yīng)后混合液冷卻沉降、沉淀洗滌至pH值為6-8、分離，(4)得到的產(chǎn)品在強(qiáng)酸溶液中浸泡3-72小時(shí)，洗滌，干燥。
所述含鈦化合物為銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸酯，所述強(qiáng)堿溶液為NaOH溶液，含鈦化合物與強(qiáng)堿摩爾比為1∶4-1∶80。
所述微波爐頻率為300MHz-300GHz，反應(yīng)體系為敞開體系。
所述的強(qiáng)酸為鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸其中的任意一種，酸溶液的濃度為0.01-0.1mol/L；洗滌劑為蒸餾水、乙醇/蒸餾水混合液、乙醇或丙酮。
本發(fā)明所采取的方法為微波輔助化學(xué)液相法，所制得的納米管鈦酸經(jīng)過(guò)真空干燥或在空氣中熱處理可轉(zhuǎn)化為銳鈦礦型二氧化鈦，轉(zhuǎn)化后得到的銳鈦礦型二氧化鈦也具有較大的比表面積。
本發(fā)明在反應(yīng)中引入微波作為輔助手段，在微波熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)下，能夠快速得到產(chǎn)品。反應(yīng)在液相條件下進(jìn)行，所得到的產(chǎn)品長(zhǎng)徑比大，品質(zhì)優(yōu)良；反應(yīng)在敞開體系中進(jìn)行，不存在高溫高壓的苛刻條件；反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備投資少，而且生產(chǎn)中能源消耗少，適合工業(yè)化生產(chǎn)；反應(yīng)過(guò)程中的強(qiáng)堿可以循環(huán)使用，可以控制無(wú)三廢排放，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。所得產(chǎn)品形貌均勻，比表面積大，有強(qiáng)的可見光響應(yīng)，產(chǎn)品具有很好的熒光效應(yīng)和增強(qiáng)電致發(fā)光性能、具有好的離子交換性能，可被廣泛用于催化劑或催化劑的載體、太陽(yáng)能電池、傳感器件、光學(xué)器件；用于陶瓷、油漆涂料、織物和塑料的添加劑和通過(guò)離子交換制備其他鈦酸鹽納米管；可以作為銀離子的回收劑；也可以作為分析低級(jí)烷烴的色譜擔(dān)體等，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明中所用實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(其中，1為微波爐，2為反應(yīng)容器，3為攪拌器，4為回流冷凝管)；圖2為本發(fā)明所得產(chǎn)品的電鏡照片(2萬(wàn)倍)(日本電子(JEOL)產(chǎn)JEM-100CX II型透射電子顯微鏡(TEM)，加速電壓為100kV，制樣采用無(wú)水乙醇超聲分散后滴加在負(fù)有碳膜的銅網(wǎng)上，空氣中干燥)；圖3為本發(fā)明所得產(chǎn)品的高倍電鏡照片(20萬(wàn)倍)(日本電子(JEOL)產(chǎn)JEM-100CX II型透射電子顯微鏡(TEM)，加速電壓為100kV，制樣采用無(wú)水乙醇超聲分散后滴加在負(fù)有碳膜的銅網(wǎng)上，空氣中干燥)；圖4為本發(fā)明所得納米管鈦酸鈉的X射線衍射圖(荷蘭PHILIPS產(chǎn)X′Pert Pro型X射線粉末衍射儀(XRD)，電壓40kv，電流40mA，輻射源為CuKαI，λ＝1.54056)；圖5為本發(fā)明所得納米管鈦酸的X射線衍射圖(荷蘭PHILIPS產(chǎn)X′PertPro型X射線粉末衍射儀(XRD)，電壓40kv，電流40mA，輻射源為CuKαI，λ＝1.54056)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、取5g TiO2(舟山明日化工廠產(chǎn)銳鈦礦二氧化鈦粉末)，緩慢加入盛有100ml濃度為40％(重量百分比濃度)的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波爐中，設(shè)置為中低火(750W，工作10s，停12s)用機(jī)械攪拌器攪拌，并加回流冷凝管，反應(yīng)6小時(shí)，冷卻沉降，傾出上清液，用蒸餾水洗滌至pH值為6.0-8.0，過(guò)濾，干燥，即得納米管鈦酸鈉產(chǎn)品，然后用0.1M的鹽酸浸泡8小時(shí)，過(guò)濾、洗滌、干燥即得納米管鈦酸產(chǎn)品。
實(shí)施例2、取含水量50％的偏鈦酸漿料5g，緩慢加入盛有100ml濃度為40％(重量分?jǐn)?shù))的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波爐中，設(shè)置為中低火(同上)，用機(jī)械攪拌器攪拌，并加回流冷凝管，反應(yīng)6小時(shí)，冷卻沉降，傾出上清液，用蒸餾水洗滌至pH值為6.0-8.0，過(guò)濾，干燥，即得納米管鈦酸鈉產(chǎn)品，然后用0.1M的鹽酸浸泡8小時(shí)，過(guò)濾、洗滌、干燥即得納米管鈦酸產(chǎn)品。
實(shí)施例3、取試劑級(jí)TiO21g，緩慢加入盛有100ml濃度為40％(重量分?jǐn)?shù))的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波爐中，設(shè)置為中火(750W，工作12s，停10s)，用機(jī)械攪拌器攪拌，并加回流冷凝管，反應(yīng)6小時(shí)，冷卻沉降，傾出上清液，用蒸餾水洗滌至pH值為6.0-8.0，過(guò)濾，干燥，即得納米管鈦酸鈉產(chǎn)品，然后用0.1M的鹽酸浸泡8小時(shí)，過(guò)濾、洗滌、干燥即得納米管鈦酸產(chǎn)品。
實(shí)施例4、取2.5g TiO2(舟山明日化工廠產(chǎn)銳鈦礦二氧化鈦粉末)，緩慢加入盛有100ml濃度為40％(重量分?jǐn)?shù))的NaOH溶液的聚四氟乙烯容器中，置于微波爐中，設(shè)置為中高火(750W，工作17s，停5s)用機(jī)械攪拌器攪拌，并加回流冷凝管，反應(yīng)1小時(shí)，冷卻沉降，傾出上清液，用蒸餾水洗滌至pH值為6.0-8.0，過(guò)濾，干燥，即得納米管鈦酸鈉產(chǎn)品，然后用0.1M的硝酸浸泡8小時(shí)，過(guò)濾、洗滌、干燥即得納米管鈦酸產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種納米管狀鈦酸鈉制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)把含鈦化合物與重量百分比20-80％的強(qiáng)堿溶液在容器中混合，(2)以微波作加熱源，加熱回流10分鐘-20小時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟(3)將反應(yīng)后混合液冷卻沉降、沉淀洗滌至pH值為6-8、分離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含鈦化合物為銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸酯，所述強(qiáng)堿溶液為NaOH溶液，含鈦化合物與強(qiáng)堿摩爾比為1∶4-1∶80。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述微波爐頻率為300MHz-300GHz，反應(yīng)體系為敞開體系。
5.一種納米管狀鈦酸制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)把含鈦化合物與重量百分比20-80％的強(qiáng)堿溶液在容器中混合，(2)以微波作加熱源，加熱回流10分鐘-20小時(shí)，(3)將反應(yīng)后混合液冷卻沉降、沉淀洗滌至pH值為6-8、分離，(4)得到的產(chǎn)品在強(qiáng)酸溶液中浸泡3-72小時(shí)，洗滌，干燥。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述含鈦化合物為銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸酯，所述強(qiáng)堿溶液為NaOH溶液，含鈦化合物與強(qiáng)堿摩爾比為1∶4-1∶80。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述微波爐頻率為300MHz-300GHz，反應(yīng)體系為敞開體系。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的強(qiáng)酸為鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸其中的任意一種，酸溶液的濃度為0.01-0.1mol/L；洗滌劑為蒸餾水、乙醇/蒸餾水混合液、乙醇或丙酮。
全文摘要
一種納米管狀鈦酸鈉/鈦酸的制備方法，包括如下步驟(1)把含鈦化合物與重量百分比20－80％的強(qiáng)堿溶液在容器中混合；(2)于微波爐中加熱回流10分鐘－20小時(shí)；(3)將反應(yīng)后混合液冷卻沉降、沉淀洗滌至pH值為6－8、分離，得到納米管狀鈦酸鈉。上述反應(yīng)所得產(chǎn)品在強(qiáng)酸溶液中浸泡3－72小時(shí)，洗滌，干燥得納米管鈦酸。該方法反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速度快，所得到的產(chǎn)品有高的性能價(jià)格比，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01D13/00GK1789141SQ200410060328
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者張經(jīng)緯, 王延安, 劉會(huì)娟, 楊建軍, 金振聲, 吳志申, 張治軍 申請(qǐng)人:河南大學(xué)