一种能够实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备制造技术

本发明专利技术是一种能够制备多种形貌二氧化钛纳米材料的模板的制备，包括：删选微乳液组分，构筑新型的能够制备多种形貌二氧化钛纳米材料的水/乙酸/BmimPF6无表面活性剂微乳液模板的构建，通过电导法将所构筑得到无表面活性剂微乳液模板划分为三种不同微观结构。通过水，乙酸与BmimPF6之间的相互比例构筑不同结构的微乳液模版，以TiCl4为钛源制备多种形貌的二氧化钛纳米材料：将TiCl4的冰醋酸溶液，加入到不同结构的微乳液模版中，水解制备不同形貌的二氧化钛纳米材料(二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米花)。所制备的二氧化钛纳米材料在500～550℃下煅烧5～6h，均为金红石相。该方法仅通过调节微乳液组分间相互比例就能实现多种型貌的二氧化钛纳米材料的制备。

Preparation of a template for preparing nano titanium dioxide with various morphologies

The invention is a preparation of a template capable of preparing various titanium dioxide nanomaterials, including: selecting and selecting microemulsion components, and constructing a new type of water / acetic acid /BmimPF6 surfactant free microemulsion template capable of preparing various titanium dioxide nanomaterials. The microemulsion template is divided into three different microstructures. The microemulsion template with different structure was constructed by the ratio of acetic acid to BmimPF6, and titanium dioxide nanomaterials with different morphologies were prepared with TiCl4 as the titanium source. The glacial acetic acid solution of TiCl4 was added to the microemulsion template of different structures, and the titanium dioxide nanomaterials with different morphologies were prepared by hydrolysis. Particles, titania nanotubes and titania nanomaterials. The prepared TiO2 nanomaterials were calcined at 5 to 6h at 500~550 degrees, all of them were rutile phase. This method can achieve the preparation of titania nanomaterials with various appearance by adjusting the mutual proportion of microemulsion components.

【技术实现步骤摘要】
一种能够实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备
本专利技术属于纳米材料领域，特别涉及一种在常温下可以实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备方法。
技术介绍
二氧化钛具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、被广泛应用于抗紫外线材料、纺织、涂料等领域当中。纳米二氧化钛还具有很强的光学性质和催化性能，在固体半导体光敏电池，量子点光敏电池，光解水产氢，光降解有机物等领域也有广阔的发展前景。特别是具有等级结构的纳米二氧化钛，例如二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米棒，二氧化钛纳米花，由于量子限于效应和其独特的形貌特性，使其在光催化领域展现了超高的利用价值。目前制备二氧化钛纳米材料的主要方法有水(溶剂)热合成法，微乳液合成法等方法。水(溶剂)热法是指在一定温度下(100-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下利用溶剂中的反应物以特定化学反应进行的合成。水热法合成具有操作简单，合成的二氧化钛纳米材料晶型好，催化活性高等优点，但也存在着反应周期长，对反应过程不能进行直接观察(反应过程在封闭的系统中进行)，高温高压条件对生产设备的依赖性比较强等缺点。微乳液是由两种互不相溶的液体，在表面活性剂和助表面活性剂构成的界面膜的作用下，形成的透明或半透明、光学各向同性和热力学稳定的分散体系。微乳液液滴尺寸在1-100nm之间，能够作为一个完美的纳米反应器，使二氧化钛前驱体在微乳液模板内定向水解生长，形成二氧化钛纳米材料。微乳液法具有反应条件温和，合成的二氧化钛纳米材料分散性好，尺寸可调等优点，但是也存着在构筑模板时，需要消耗大量的表面活性剂，不易回收利用，制备的二氧化钛纳米材料表面负载的表面活性剂难以完全除去而致使其催化性能不高等问题。四氯化钛是一种廉价的化工原料，具有原料价格低廉、工艺简单、便于工业化生产等优点，是大规模低成本制备二氧化钛纳米材料的一种优质原料；以四氯化钛为前躯体制备的方法有气相水解法、火焰水解法和激光热解法等，但这些方法都是高温反应过程，难度系数大、不易操作。无表面活性剂微乳液(SFMEs)既有与传统微乳液类似的微观结构和性质，又不含有表面活性剂，能够克服传统微乳液由于含有大量表面活性剂所带来的缺陷。利用无表面活性剂微乳液制备二氧化钛纳米材料，不仅能够保留传统微乳液合成法的有点，又能够克服传统微乳液由于含有大量表面活性剂所带来的缺陷，这不仅具有重要的经济价值，还具有重要的环保意义。
技术实现思路
为了克服上述不足，本申请构筑了一种新型的无表面活性剂微乳液模板，这种新型的无表面活性剂微乳液模板不含有表面活性剂，但是具有与微乳液相似的微观结构和性质。仅以四氯化钛为钛源，不需要再额外添加催化剂和其他反应物，在温和条件下通过调节组分间的相互比例就能够实现多种形貌二氧化钛纳米材料的制备。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的目的之一是提供了一种能够实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备方法，以水/BmimPF6/乙酸为微乳液体系，四氯化钛为前驱体采用微乳液合成多种形貌的纳米二氧化钛。现有的无表面活性剂微乳液(SFMEs)体系无法实现不同形貌的二氧化钛的制备。为此，本申请通过系统研究和大规模实验，发现：采用水/BmimPF6/乙酸为微乳液体系，仅通过调节组分间的相互比例就能够实现多种形貌二氧化钛纳米材料的制备。本专利技术的微乳液体系中的乙酸既能与水和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐构成无表面活性剂微乳液模板，又能够起到稳定剂的作用。乙酸的阴离子醋酸根具有较强的络合能力，可能与四氯化钛形成鳌合中间体，这种鳌合中间体存在于体系中，能够起到稳定作用，减缓了四氯化钛的水解反应，使生成二氧化钛前驱体能够沿无表面活性剂微乳液模板生长，离心收集二氧化钛前驱体(水合二氧化钛)，在煅烧后得到金红石相纳米二氧化钛。优选的，所述多种形貌纳米二氧化钛包括：二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米花。优选的，所述微乳液合成的具体步骤为：a)将四氯化钛的冰醋酸溶液加入水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系、混合均匀，充分反应，离心、洗涤，得白色沉淀；b)将白色沉淀干燥后，在500～550℃下煅烧5～6h，得到金红石相二氧化钛纳米材料。优选的，所述水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系中，BmimPF6、乙酸、水的质量比为1～9：1～9：0.7～36。优选的，所述四氯化钛的冰醋酸溶液的摩尔浓度为0.455mol/L-9.10mol/L。优选的，步骤a)中，反应的条件为于15-45℃水浴下反应30h以上。优选的，所述水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系的比例在W/IL区域。优选的，所述水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系的比例在双连续区域。优选的，所述水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系的比例在IL/W区域。本专利技术的目的之二是提供了任一上述的方法制备的纳米二氧化钛。本专利技术的有益效果(1)相比于传统的水热法和微乳液法，制备二氧化钛纳米材料，本专利技术利用离子液体构筑的无表面活性剂微乳液为模板制备二氧化钛纳米材料，不但显著降低了反应条件，而且不使用表面活性剂，节约了成本。利用水/乙酸/BmimPF6构筑的无表面活性剂微乳液为模板制备二氧化钛纳米材料，该方法操作简单、成本低、环境友好、体系可重复利用、效率高。制备的二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米花，形貌均一、表面洁净，具有普适性和规模化生产价值。(2)本专利技术采用的无表面活性剂微乳液为模板，其组分简单，可回收利用，不使用表面活性剂，能够大量节约成本，并且能够实现多种不同形貌的二氧化钛纳米材料的制备。(3)本专利技术制备方法简单、制备效率高、实用性强，易于推广。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为35℃时，水/乙酸/BmimPF6构筑的无表面活性剂微乳液的三元相图以及不同微观结构的模板划分。其中上部分空白区域为我们所需要的单相无表面活性剂微乳液，下部“multiphase”指多相区域。单相区域中I代表W/IL型无表面活性剂微乳液模板区域，III代表双连续型无表面活性剂微乳液模板区域，II代表IL/W型无表面活性剂微乳液区域；图2为利用无表面活性剂微乳液制备的二氧化钛纳米颗粒的TEM图；图3为利用无表面活性剂微乳液制备的二氧化钛纳米管的SEM图；图4为利用无表面活性剂微乳液制备的二氧化钛纳米管的TEM图；图5为利用无表面活性剂微乳液制备的二氧化钛纳米花的SEM图。图6为利用无表面活性剂微乳液制备的二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米花在500度煅烧6小时后的XRD图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。本申请应用水，离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，BmimPF6)和乙酸构筑了一种新型、绿色的无表面活性剂微乳模板，采用离子液体作为油相，不但克服了传统油相易挥发的缺点，并且更容易实现循环利用。通过调节三种组分的相对比例，可以实现不同结构模板之间的相互转化。选择不同结构的模板，仅需向体系中添加反应物四氯化钛，不要额外添加水解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备方法，其特征在于，以水/BmimPF6/乙酸为微乳液体系，四氯化钛为前驱体采用微乳液法合成多种形貌的纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种能够实现制备多种形貌纳米二氧化钛的模板的制备方法，其特征在于，以水/BmimPF6/乙酸为微乳液体系，四氯化钛为前驱体采用微乳液法合成多种形貌的纳米二氧化钛。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多种形貌纳米二氧化钛包括：二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管，二氧化钛纳米花。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微乳液合成的具体步骤为：a)将四氯化钛的冰醋酸溶液加入水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系、混合均匀，充分反应，离心、洗涤，得白色沉淀；b)将白色沉淀干燥后，在500～550℃下煅烧5～6h，得到金红石相二氧化钛纳米颗粒。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水/BmimPF6/乙酸的微乳液体系中，B...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴金岭，宋苗苗，孙斌，王娇，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37