含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO制造技术

本发明专利技术涉及新材料技术领域，尤其涉及一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO

【技术实现步骤摘要】
含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO2纳米管的制备方法
本专利技术涉及新材料
，尤其涉及磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO2纳米管的制备方法。
技术介绍
TiO2纳米管作为一种典型的管状无机纳米粒子有许多优良的特性，包括有良好的化学腐蚀性、光催化性、耐热性、无毒性和较高的表面活性。近年来，TiO2纳米管作为一种纳米阻燃剂被拓展应用于高分子聚合物材料的阻燃改性。一般认为，TiO2纳米管特有的优良的吸附作用，并结合其可在高分子聚合物基体中形成网状物理阻隔层的特点，从而发挥阻燃作用。与碳纳米管等无机纳米阻燃剂一样，单一的TiO2纳米管在高分子聚合物基体中极易发生团聚而呈现差的分散状态，从而导致TiO2纳米管自身阻燃效率的下降。因此，对TiO2纳米管进行表面有机修饰是很有必要的，修饰组分的存在可有效地提高TiO2纳米管与聚合物基体之间的界面作用力而形成良好的分散状态,从而发挥高效的阻燃作用。层层自组装技术是近年来发展起来的一种表面改性技术，它是基于静电相吸而产生多层膜自组装体系的技术，将带电基材连续而又交替的分散于带有完全相反电荷的两种电解质溶液中，在静电相吸的作用下，使带相反电荷的两种电解质分子有序而紧凑地结合在一起，重复数次而实现在带电基材表面构筑多层磷硅自组装层结构。该项技术的优点主要包括以下方面：对于表面修饰层可实现含量、组成可控；利用材料表面的电荷进行改性，对材料本体的性能影响很小；此技术制备条件温和、工艺简单。而基于该技术工艺简单和可控性的特点，设计将高效阻燃性的含磷硅自组装层修饰于TiO2纳米管的表面，同时实现TiO2纳米管的有机改性。除了热危险性，聚合物材料在燃烧过程中释放出的有毒烟气(NOx、CO)等非热危险性问题同样带来了火灾安全隐患，因此，针对这些有毒气体的催化减毒是很有必要的。一些过渡金属氧化物(氧化亚铜、氧化铜、羟基氧化铁、二氧化锡等)常被应用到CO的吸附和催化氧化方面，能够发挥出抑烟减毒的作用。本专利技术旨在提高TiO2纳米管自身阻燃效率和赋予TiO2纳米管改性物抑烟减毒的作用，首先于TiO2纳米管表面负载具有抑烟减毒作用的氧化亚铜、氧化铜、羟基氧化铁或二氧化锡等金属氧化物，而后再利用层层自组装技术将含磷硅自组装层构筑于纳米管表面，从而提供了一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO2纳米管的制备方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰TiO2纳米管的制备方法，首先于TiO2纳米管表面负载氧化亚铜、氧化铜、羟基氧化铁或二氧化锡，后再利用层层自组装技术将含磷硅自组装层构筑于纳米管表面而得到。本专利技术提供一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管的制备方法，包括如下步骤：S1、制备TiO2纳米管；S2、在TiO2纳米管表面负载金属氧化层，得到表面负载金属氧化物的TiO2纳米管；其中，金属氧化层为氧化亚铜层、氧化铜层、羟基氧化铁层或氧化锡层；S3、分别制备正电性电解质溶液和负电性电解质溶液；其中，所述负电性电解质为多聚磷酸铵、植酸、海藻酸钠或含磷海藻酸钠衍生物中的一种；所述正电性电解质为含氨基硅氧烷化合物或含氨基磷硅氧烷化合物中的一种；S4、将表面负载金属氧化物的TiO2纳米管分散于正电性电解质溶液中搅拌5～15min后，制得第四悬浮液，离心分离后，得到第四反应物，并将第四反应物洗涤2～4次，得到带正电分子层修饰的第一基材，再将第一基材分散于负电性电解质溶液中搅拌5～15分钟，制得第五悬浮液，离心分离后，得到第五反应物，并将第五反应物洗涤2～4次，得到第二基材，负载有金属氧化物的TiO2纳米管的表面的第一个磷硅自组装层的组装完成，重复上述操作5～15次后，得到含5～15个磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管。进一步地，S1的具体操作为：将TiO2粉末加入10mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀得到第一悬浮液，其中，氢氧化钠溶液与TiO2粉末的质量比为20～30:1，将第一悬浮液于130～160℃的温度条件下反应24～48h并离心后，得到第一固态物质，将第一固态物质洗涤至中性后分散于50～100ml的1mol/L的HCl溶液中，搅拌反应10～20h，离心，得到第二固态物质，将第二固态物质洗涤至中性后，于60℃条件下干燥处理24h，即可得到TiO2纳米管。进一步地，S2中在TiO2纳米管表面负载氧化亚铜层的具体方法为：将TiO2纳米管加入去离子水中搅拌均匀得到第二悬浮液，使用1MNaOH溶液将第二悬浮液的pH值调节至8～10后，向第二悬浮液中加入Cu(CH3COO)2·H2O，搅拌反应10～20h，再向反应液中加入水合肼，搅拌反应1～3h后，离心，即可得到表面负载氧化亚铜的TiO2纳米管；其中，Cu(CH3COO)2·H2O与TiO2纳米管的摩尔比为1:1～3，去离子水与TiO2纳米管的质量比为100～150:1，水合肼与TiO2纳米管的质量比为1:1～3。进一步地，S2中在TiO2纳米管表面负载氧化铜层的具体方法为：向去离子水中依次加入TiO2纳米管和Cu(NO3)2·3H2O搅拌均匀后得到第三悬浮液，其中Cu(NO3)2·3H2O与TiO2纳米管的质量比为1:1～3，去离子水与TiO2纳米管的质量比为100～150:1，用氨水将第三悬浮液的pH调节至8～10，并搅拌反应10～20h后，离心，得到第三反应物，将第三反应物用去离子水洗涤至中性后，依次进行烘干和煅烧处理后，即可得到表面负载氧化铜的TiO2纳米管。进一步地，S2中在TiO2纳米管表面负载羟基氧化铁层的具体方法为：向无水乙醇中依次加入TiO2纳米管、六水合三氯化铁和NH4HCO3，搅拌反应10～20h后，离心，即可得到表面负载羟基氧化铁的TiO2纳米管；其中，六水合三氯化铁与TiO2纳米管的质量比为1:1～3，无水乙醇与TiO2纳米管的质量比为100～150:1，NH4HCO3与TiO2纳米管的质量比为1:1～3。进一步地，S2中在TiO2纳米管表面负载氧化锡层的具体方法为：将向无水乙醇中依次加入TiO2纳米管、十二烷基硫酸钠和SnCl2·2H2O，反应1～3h后，将所得的混合液于160～200℃的温度下反应15～30h，离心，即可得到表面负载氧化锡的TiO2纳米管；其中，TiO2纳米管与无水乙醇、十二烷基硫酸钠和SnCl2·2H2O的质量比为1:80～100:1～3:1～3。进一步地，S3中含磷海藻酸钠衍生物的结构式为：其中，R为-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3中的一种，n为大于1的自然数。进一步地，S3中第一含氨基硅氧烷化合物的结构式为：进一步地，第二含氨基硅氧烷化合物的结构式为：其中，n为大于1的自然数。进一步地，S3中所述含氨基磷硅氧烷化合物的结构式如下所示：其中，R为或中的一种，m和n均为大于1的自然数。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提供了一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO

【技术特征摘要】
1.一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备TiO2纳米管；
S2、在TiO2纳米管表面负载金属氧化层，得到表面负载金属氧化物的TiO2纳米管；其中，金属氧化层为氧化亚铜层、氧化铜层、羟基氧化铁层或氧化锡层；
S3、分别制备正电性电解质溶液和负电性电解质溶液；其中，所述负电性电解质为多聚磷酸铵、植酸、海藻酸钠或含磷海藻酸钠衍生物中的一种；所述正电性电解质为第一含氨基硅氧烷化合物、第二含氨基硅氧烷化合物或含氨基磷硅氧烷化合物中的一种；
S4、将表面负载金属氧化物的TiO2纳米管分散于正电性电解质溶液中搅拌5～15min后，制得第四悬浮液，离心分离后，得到第四反应物，并将第四反应物洗涤2～4次，得到带正电分子层修饰的第一基材，再将第一基材分散于负电性电解质溶液中搅拌5～15分钟，制得第五悬浮液，离心分离后，得到第五反应物，并将第五反应物洗涤2～4次，得到第二基材，负载有金属氧化物的TiO2纳米管的表面的第一个磷硅自组装层的组装完成，重复上述操作5～15次后，得到含5～15个磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管。


2.根据权利要求1所述的一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，S1的具体操作为：将TiO2粉末加入10mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀得到第一悬浮液，其中，氢氧化钠溶液与TiO2粉末的质量比为20～30:1，将第一悬浮液于130～160℃的温度条件下反应24～48h并离心后，得到第一固态物质，将第一固态物质洗涤至中性后分散于50～100ml的1mol/L的HCl溶液中，搅拌反应10～20h，离心，得到第二固态物质，将第二固态物质洗涤至中性后，于60℃条件下干燥处理24h，即可得到TiO2纳米管。


3.根据权利要求1所述的一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，S2中在TiO2纳米管表面负载氧化亚铜层的具体方法为：将TiO2纳米管加入去离子水中搅拌均匀得到第二悬浮液，使用1MNaOH溶液将第二悬浮液的pH值调节至8～10后，向第二悬浮液中加入Cu(CH3COO)2·H2O，搅拌反应10～20h，再向反应液中加入水合肼，搅拌反应1～3h后，离心，即可得到表面负载氧化亚铜的TiO2纳米管；其中，Cu(CH3COO)2·H2O与TiO2纳米管的摩尔比为1:1～3，去离子水与TiO2纳米管的质量比为100～150:1，水合肼与TiO2纳米管的质量比为1:1～3。


4.根据权利要求1所述的一种含磷硅自组装层和金属氧化物共修饰的TiO2纳米管的制备方法，其特征在于，S2中在Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海峰，马文彬，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42