基于光催化活性的二氧化钛纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光催化活性的二氧化钛纳米纤维的制备方法，是在以水热法制备二氧化钛纳米纤维的过程中，通过控制反应釜的加料系数为0.55-0.65，以制备出均匀细长的二氧化钛纳米纤维，为二氧化钛纳米纤维的批量化生产奠定基础，加快二氧化钛纳米纤维在光催化降解有机污染物方面的实际使用步伐。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，是在以水热法制备二氧化钛纳米纤维的过程中，通过控制反应釜的加料系数为0.55-0.65，以制备出均匀细长的二氧化钛纳米纤维，为二氧化钛纳米纤维的批量化生产奠定基础，加快二氧化钛纳米纤维在光催化降解有机污染物方面的实际使用步伐。【专利说明】
本专利技术涉及纳米二氧化钛的制备方法，特别是涉及一种通过水热法制备二氧化钛纳米纤维的方法。
技术介绍
纳米二氧化钛具有良好的光催化特性，在紫外光照射下能将有机物分解为无污染的二氧化碳和水，并具有无毒、无害、无腐蚀性、催化能力强、成本低、可重复使用等特点。但粉末状纳米二氧化钛光催化剂存在易凝聚、易失活、使用后难回收等缺陷，严重限制了其应用范围。二氧化钛纳米纤维具有很大的比表面积和很强的吸附能力，可以提高其光催化性能，且在处理污染物的过程中，二氧化钛纳米纤维更容易回收，极大的降低了治污成本。目前，关于二氧化钛纳米纤维的合成方法主要有:两步合成法、静电纺丝法、水热法、热液法和溶胶-凝胶法等。其中水热法具有以下优势:1)反应在高温高压下进行，能实现常规条件下无法进行的反应；2)通过温度、酸碱度、原料配比等条件的改变，能得到各种晶体结构、组成、形貌以及颗粒尺寸的产物；3)可直接得到结晶良好的粉体，无须高温焙烧晶化；4)过程污染小。以水热法制备二氧化钛纳米纤维，在国内外已有报道。《水热法制备二氧化钛晶须》(刘泽等，硅酸盐学报，1998，26(3): 392-394)以钛白粉、KOH等为原料，采用水热法合成了金红石型TiO2晶须。实验结果表明:水热法制备TiO2晶须的最佳条件为:反应物溶液浓度0.2~2mol/L，反应溶液中pH值大于13.5，反应温度160~200°C，反应时间4~8h,所得产物结晶良好、尺度均匀、形貌规则,而且成本低廉,易于工业化。《Nanowires andNanobeIts-Materials, Propertiers and Devices, Vol I1:Nanowires and Nanobeltsof Functional Materials (Version I )〉〉(Z.L.Wang 等，Press of Tsinghua University,2004，157-171)运用简单的一步`水热法制备了 H2Ti3O7纳米管和K2Ti6O13纳米线，反应条件为水热温度130°C、时间3天、碱液浓度lOmol/L，当采用NaOH溶液时，产物为直径9nm、长度达数百nm的管状材料，当采用KOH溶液时，产物为直径5nm，长度达数百nm的线状材料。《水热法制备TiO2纳米纤维的最佳工艺条件》(游洋等，硅酸盐学报，2008，36(11): 1664-1668)以锐钛矿型TiO2粉体为前驱体，与KOH溶液在高压釜中进行水热反应，制备的样品分别经HCl溶液和蒸馏水超声洗涤至中性，合成了 H2Ti3O7纳米纤维。结果表明:水热反应最佳条件为:Κ0Η溶液浓度10~12mol/L，反应温度150°C，时间72h。随着反应时间的延长，纳米H2Ti3O7纤维的产率和长度不断增加，72h后，前驱体完全转变为H2Ti3O7纤维，长度达到微米级，长径比为50~60。该产物经400°C煅烧后，主要衍射峰属锐钛矿相TiO2，且结晶完好，说明H2Ti3O7纳米纤维已转变为TiO2纳米纤维。国内外报道的水热法制备二氧化钛纳米纤维都只研究了碱浓度、反应时间和反应温度对水热法制备二氧化钛纳米纤维的影响，而关于水热反应釜加料系数对于水热法制备二氧化钛纳米纤维的影响，则未有研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，通过控制水热法制备二氧化钛纳米纤维的反应釜加料系数，以制备出均匀的二氧化钛纳米纤维。本专利技术提供的是以锐钛矿相TiO2粉末为前驱体，与浓度8-12mol/L的NaOH水溶液混合后加入高压反应釜中，升温至160-1900C，于自生压力下进行水热处理24-72h，将得到的产品水洗至pH=6_8，过滤，烘干，煅烧2h，得到二氧化钛纳米纤维。其中，本专利技术是按照0.55-0.65的加料系数，向高压反应釜中加入锐钛矿相TiO2粉末前驱体与NaOH水溶液的混合物料。上述方法中，所述的加料系数为反应釜中所加物料的体积与反应釜总体积之比。进一步地，本专利技术是将锐钛矿相TiO2粉末前驱体与NaOH水溶液混合搅拌30min后，按照加料系数0.6加入高压反应釜中。试验证明，采用水热合成法制备二氧化钛纳米纤维，控制反应温度在160-190°c，碱浓度在8-12mol/L之间，反应时间24_72h，都可以由锐钛矿相TiO2粉末前驱体制备得到二氧化钛纳米纤维。然而，本专利技术出人意料的发现，通过控制高压反应釜加料系数的不同，可以控制制备出不同生长阶段的二氧化钛纳米纤维，具体表现为纤维长短和粗细的不同。在本专利技术控制的加料系数下，制备得到了均匀细长的二氧化钛纳米纤维，纤维直径约为30-100nm,长度约为3_8 μ m。而在其他加料系数下，得到的二氧化钛纳米纤维则是在二氧化钛块体表面分布有长短不一的纤维。本专利技术通过控制水热反应釜加料系数，很好的制备出了均匀的二氧化钛纳米纤维，为二氧化钛纳米纤维的批量化生产奠定了基础，并减少了二次污染，降低了治污成本，加快了二氧化钛纳米纤维在光催化降解有机污染物方面的实际使用步伐。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1制备得到的二氧化钛纳米纤维的扫描电镜图。图2是比较例I制备得到的二氧化钛纳米纤维的扫描电镜图。图3是比较例2制备得到的二氧化钛纳米纤维的扫描电镜图。图4是比较例3制备得到的二氧化钛纳米纤维的扫描电镜图。图5是实施例1 二氧化钛纳米纤维的XRD图。图6是实施例1 二氧化钛纳米纤维的光催化降解曲线图。图7是实施例1 二氧化钛纳米纤维重复使用3次后的光催化降解曲线图。【具体实施方式】实施例1 以纯锐钛矿相TiO2粉末为前驱体，称取6.7113g TiO2粉末，与50ml浓度为lOmol/L的NaOH水溶液混合，搅拌30min。取12ml所得溶液转移到容量为20ml的高压反应釜中，于170°C下进行水热处理72h，将得到的产品水洗至pH为7，过滤，80°C烘干，600°C煅烧2h，得到图1所示的二氧化钛纳米纤维，纤维直径约为30-100nm，长度约为3_8 μ m。图5是在上述工艺条件下制备的二氧化钛纳米纤维样品的XRD图。图中标注R的衍射峰与TiO2 (金红石相)标准PDF卡片上的数据符合较好，属于金红石相TiO2的衍射峰，其余标注A的衍射峰与TiO2 (锐钛矿相)标准PDF卡片上的数据符合较好，属于锐钛矿相TiO2的衍射峰。XRD图证明，所制备的样品是含少量金红石相多数锐钛矿相的混晶Ti02。同时，上述样品具有优良的光催化性能，120min后对甲基橙的降解率可达91% (图6)，重复使用三次，120min后对甲基橙的降解率仍可达81% (图7)。实施例2 以纯锐钛矿相TiO2粉末为前驱体，称取6.6893g TiO2粉末，与50ml浓度为12mol/L的NaOH水溶液混合，搅拌30min。取12ml所得溶液转移到容量为20ml的高压反应釜中，于170°C下进行水热处理48h，将得到的产品水洗至pH为7，过滤，80°C烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光催化活性的二氧化钛纳米纤维的制备方法，是以锐钛矿相TiO2粉末为前驱体，与浓度8?12mol/L的NaOH水溶液混合后加入高压反应釜中，升温至160?190℃，于自生压力下进行水热处理24?72h，将得到的产品水洗至pH=6?8，过滤，烘干，煅烧2h，得到二氧化钛纳米纤维，其特征是将所述锐钛矿相TiO2粉末前驱体与NaOH水溶液的混合物料以0.55?0.65的加料系数加入高压反应釜中，所述加料系数为反应釜中所加物料的体积与反应釜总体积之比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李巧玲，景红霞，万郁楠，叶云，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：