一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用技术

技术编号:20330749 阅读:75 留言:0更新日期:2019-02-13 06:46
本发明专利技术提供一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用。所述一维纳米线状钛酸钠的制备方法包括如下步骤:S1、制备含有钛的过氧络合物分散液;S2、往所述含有钛的过氧络合物分散液中缓慢加入钠化合物形成溶液;S3、常温常压条件下,往所述溶液中添加醇获得一维纳米线状前驱物沉淀;S4、将所述一维纳米线状前驱物沉淀分离干燥后,经低温加热反应获得一维纳米线状钛酸钠产物。该方法工艺简单,工艺参数易控制,易于大规模工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料领域,具体的说,本专利技术涉及一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用。
技术介绍
钛酸钠已经被广泛应用在钠离子电池、锂离子电池、钾离子电池、等领域,是材料领域研究的热点。钛酸钠材料的应用性能与其形貌结构密切相关。例如,相比于纳米颗粒而言,一维纳米线状纳米材料可以减少颗粒间的晶界,有利于载流子在长轴方向上的输运,应用于电池电极材料时,长轴有利于电子的有效迁移,短轴有利于钠、锂或钾离子的快速嵌入与嵌出过程。因此,相比于纳米颗粒而言,制备合成具有一维纳米线状结构的钛酸钠将有大大提高钛酸钠材料的应用效果。现有合成一维纳米线状结构钛酸钠的方法主要为水热反应,该方法通常采用纳米尺度的二氧化钛为前驱物,在10摩尔每升的氢氧化钠条件下,经大于180℃的水热反应获得。该制备方法的水热过程涉及到高温高压,危险性大;同时,该反应体系为10摩尔每升的氢氧化钠,在大于180℃的高水热温度和大于10个大气压的高水热压力下,具有很强的腐蚀性。该反应体系对水热反应设备的要求非常苛刻,很难寻找到合适的反应设备,合成成本昂贵。此外,该制备方法使用到的腐蚀性碱浓度很高,造成后续的钛酸钠产品分离提纯困难,也给环境带来严重的污染。因此,一维纳米线状结构钛酸钠的水热制备方法不论在合成设备还是合成过程及后续处理等方面仍面临诸多难题,无法实现规模化生产。因此,开发工艺流程简单,无需高温或高压的合成条件,便于规模化生产一维纳米线状结构钛酸钠的制备方法,仍具有重大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种一维纳米线状钛酸钠的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供所述的制备方法制备得到的一维纳米线状钛酸钠。本专利技术的另一目的在于提供以所述的一维纳米线状钛酸钠为原料制备得到的离子电池的电极材料。本专利技术的另一目的在于提供所述的一维纳米线状钛酸钠为原料制备钛酸的方法。本专利技术的另一目的在于提供所述的方法制备得到的钛酸。本专利技术的另一目的在于提供所述的钛酸的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种制备二氧化钛的方法。本专利技术的另一目的在于提供所述的方法制备得到的二氧化钛。本专利技术的再一目的在于提供所述的二氧化钛的应用。为达上述目的,一方面,本专利技术提供了一种一维纳米线状钛酸钠的制备方法,其中,所述方法包括如下步骤:S1、制备含有钛的过氧络合物分散液;S2、往所述含有钛的过氧络合物分散液中缓慢加入钠化合物形成溶液;S3、常温常压条件下,往所述溶液中添加醇获得一维纳米线状前驱物沉淀;S4、将所述一维纳米线状前驱物沉淀分离干燥后,经低温加热反应获得一维纳米线状钛酸钠产物。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S1中所述含有钛的过氧络合物分散液中钛过氧络合物浓度为0.01摩尔每升至1摩尔每升。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S1中所述含有钛的过氧络合物分散液中钛过氧络合物浓度为0.05摩尔每升至0.5摩尔每升。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S1中所述制备含有钛的过氧络合物分散液的方法包括将钛源分散于过氧化物水溶液中形成分散液;所述钛源选自金属钛、乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛、偏钛酸、水合钛酸、和正钛酸中的一种或者几种的组合;所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化尿素、和过氧乙酸中的一种或几种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S1中制备含有钛的过氧络合物分散液的同时还可以往分散液中添加聚合物;所述聚合物选自壳聚糖、瓜尔胶、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者几种的组合;所述溶液中添加聚合物的含量为万分之一至百分之十。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S1所述溶液中添加聚合物的含量为千分之一至百分之一。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S2中钠化合物选自氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠、和超氧化钠中的一种或几种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S2中加入钠化合物形成的溶液中钠离子的浓度为0.5摩尔每升至4.0摩尔每升。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S3所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、和聚乙二醇中的一种或者几种的组合。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S3所述醇添加量占溶液的体积比为百分之五至百分之五十。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S3所述醇添加量占溶液的体积比为百分之十至百分之二十五。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S4所述低温加热反应的反应温度为150摄氏度至550摄氏度;所述低温加热反应的反应时间为1小时至24小时。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S4所述低温加热反应的反应温度为150摄氏度至450摄氏度。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S4所述低温加热反应的反应温度为200摄氏度至450摄氏度。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,步骤S4低温加热反应的反应时间为5小时至24小时。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述方法还包括对步骤S4经低温加热反应获得钛酸钠产物进行表面修饰的步骤,所述表面修饰包括负载选自如下材料中的一种或几种的组合:碳、碳纳米管、石墨烯、黑磷、和金属。另一方面,本专利技术还提供了本专利技术任意一项所述的制备方法制备得到的一维纳米线状钛酸钠。另一方面,本专利技术还提供了以本专利技术所述的一维纳米线状钛酸钠为原料制备得到的离子电池的电极材料。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池。另一方面,本专利技术还提供了一种以本专利技术所述的一维纳米线状钛酸钠为原料制备钛酸的方法,其中,所述方法包括将所述一维纳米线状钛酸钠经氢离子交换得到钛酸产物。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述氢离子交换过程包括:将所述一维纳米线状钛酸钠放入酸溶液中进行氢离子交换获得钛酸。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述酸溶液选自硝酸、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或者几种。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,酸溶液的浓度为0.001摩尔每升至0.1摩尔每升。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,酸溶液的浓度为0.01摩尔每升至0.02摩尔每升。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述氢离子交换过程包括:将所述一维纳米线状钛酸钠分离干燥;将所述分离干燥后的一维纳米线状钛酸钠多次洗涤分离;将所述洗涤分离后的一维纳米线状钛酸钠放入酸溶液中进行氢离子交换获得钛酸;将所述获得的钛酸进行洗涤分离并干燥得到钛酸产物。另一方面,本专利技术还提供了本专利技术任意一项所述的方法制备得到的钛酸。另一方面,本专利技术还提供了本专利技术所述的钛酸在污染物吸附和制备离子电池中的应用。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池。另一方面,本专利技术还提供了一种以本专利技术所述的钛酸为原料制备二氧化钛的方法,其中,所述方法包括将所述钛酸经水热反应、高温退火中的一种或者组合的热处理方式得到二氧化钛产物。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述水热反应的温度为100摄氏度至200摄氏度。根据本专利技术一些具体实施方案,其中,所述水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一维纳米线状钛酸钠的制备方法,其中,所述方法包括如下步骤:S1、制备含有钛的过氧络合物分散液;S2、往所述含有钛的过氧络合物分散液中缓慢加入钠化合物形成溶液;S3、常温常压条件下,往所述溶液中添加醇获得一维纳米线状前驱物沉淀;S4、将所述一维纳米线状前驱物沉淀分离干燥后,经低温加热反应获得一维纳米线状钛酸钠产物。

【技术特征摘要】
1.一种一维纳米线状钛酸钠的制备方法,其中,所述方法包括如下步骤:S1、制备含有钛的过氧络合物分散液;S2、往所述含有钛的过氧络合物分散液中缓慢加入钠化合物形成溶液;S3、常温常压条件下,往所述溶液中添加醇获得一维纳米线状前驱物沉淀;S4、将所述一维纳米线状前驱物沉淀分离干燥后,经低温加热反应获得一维纳米线状钛酸钠产物。2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S1中所述含有钛的过氧络合物分散液中钛过氧络合物浓度为0.01摩尔每升至1摩尔每升(优选浓度为0.05摩尔每升至0.5摩尔每升)。3.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S1中所述制备含有钛的过氧络合物分散液的方法包括将钛源分散于过氧化物水溶液中形成分散液;所述钛源选自金属钛、乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛、偏钛酸、和钛酸中的一种或者几种的组合;所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化尿素、和过氧乙酸中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S1中制备含有钛的过氧络合物分散液的同时还可以往分散液中添加聚合物;所述聚合物选自壳聚糖、瓜尔胶、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者几种的组合;所述溶液中添加聚合物的含量为万分之一至百分之十(优选溶液中添加聚合物的含量为千分之一至百分之一)。5.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S2中钠化合物选自氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠、和超氧化钠中的一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S2中加入钠化合物形成的溶液中钠离子的浓度为0.5摩尔每升至4.0摩尔每升。7.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S3所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、和聚乙二醇中的一种或者几种的组合。8.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S3所述醇添加量占溶液的体积比为百分之五至百分之五十(优选体积比为百分之十至百分之二十五)。9.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤S4所述低温加热反应的反应温度为150摄氏度至550摄氏度(优选低温加热反应的温度为200摄氏度至450摄氏度);所述低温加热反应的反应时间为1小时至24小时。10.根据权利要求1~9任意一项所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员:李建明刘合金旭王晓琦焦航刘晓丹孙亮
申请(专利权)人:中国石油天然气股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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