納米管制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，特別涉及一種高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型T12納米管制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦由于熱穩(wěn)定好，對動植物無毒害的特點，引起了許多催化領(lǐng)域?qū)＜业呐d趣，但是已經(jīng)商業(yè)化的德國制造二氧化鈦P-25，由于其比表面積只有50-60m2/g，其孔的容積只有大約0.lcm3/g,這樣就極大程度影響其催化效率，造成二氧化鈦很少被用于光催化實際應(yīng)用中，近5年來，國內(nèi)外專家采用硫元素或其他元素摻雜的方法，對其進行結(jié)構(gòu)改性，使得改性后的二氧化鈦，催化反應(yīng)需要的光響應(yīng)區(qū)域，從波長為紫外區(qū)域(波長小于400nm)拓展到波長紫外可見區(qū)域(波長小于600nm)。取得了一些進展，但是由于二氧化鈦粉末顆粒細、T12的比表面積小、孔容小的特點，使得二氧化鈦的催化效率仍然不能得到很好的體現(xiàn)，同時催化反應(yīng)過程結(jié)束后，二氧化鈦與介質(zhì)的分離也很困難。
[0003]為了徹底解決上述存在缺陷，必須對二氧化鈦的孔結(jié)構(gòu)進行改良，提高其比表面積和孔容，從而顯著提高其催化能力，同時實現(xiàn)催化劑與介質(zhì)的良好分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明提供了高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型T12納米管制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于二氧化鈦粉末顆粒細、T12的比表面積小、孔容小，導(dǎo)致二氧化鈦的催化效率低；及催化反應(yīng)過束后，二氧化鈦與介質(zhì)分離困難的問題。
[0005]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型T12納米管制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、將二氧化鈦粉末溶解于氫氧化鈉溶液中，攪拌，讓二氧化鈦粉末充分溶解于氫氧化鈉溶液中；
[0008]步驟二、將步驟一得到的溶液轉(zhuǎn)移入反應(yīng)釜中；磁力加熱攪拌，轉(zhuǎn)速控制在400-600rpm，加熱到130_135°C，保溫反應(yīng)20-28小時；
[0009]步驟三、待步驟二反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移出反應(yīng)母液；再將母液進行離心，保留離心后的濾餅，得到粗品；
[0010]步驟四、將步驟三中獲得的粗品用清水洗滌5-8次，洗滌至上清液pH為10-11，緩慢加入弱酸，分3-5次將溶液的pH調(diào)至2-2.5，靜置3-5小時，
[0011]步驟五、將步驟四中的濾液傾出，將其洗滌3-4次，直至上清液pH至6-6.5 ;緩慢加入弱酸，將溶液PH調(diào)節(jié)到2-2.5，靜置3-5小時，然后用水洗滌至pH為6.8-7.0 ;
[0012]步驟六、將步驟五獲得的溶液進行抽濾，得到二氧化鈦納米管成品；
[0013]步驟七、將二氧化鈦納米管成品煅燒，煅燒條件為:采用氮氣或惰性氣體保護，按照10°C /min的速度升溫到500-600°C，維持該溫度6小時，然后自然冷卻至室溫，得到銳鈦型二氧化鈦納米管。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟一中氫氧化鈉溶液的濃度為8-10mol/L。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟一中的攪拌為:先超聲攪拌2-4小時，再磁力攪拌3-5小時。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟二中反應(yīng)釜的填充系數(shù)控制為0.7-0.8，反應(yīng)釜的高與直徑比為
3-5。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟二中的加熱方式為油浴加熱。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟三中離心的轉(zhuǎn)速為4000-8000rpm，離心時間為20分鐘。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟四和五中的弱酸均為濃度是l-3mol/L的鹽酸。
[0020]進一步的，所述步驟六中得到二氧化鈦納米管成品后，進行冷凍干燥處理，得到干燥的二氧化鈦納米管。
[0021]進一步的，所述步驟七中將二氧化鈦納米管成品或干燥的二氧化鈦納米管放入管式爐中煅燒。
[0022]有益效果:本發(fā)明提供的制備高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型1102納米管的方法操作簡單、可控性高，整個制備過程無污染物產(chǎn)生，便于工業(yè)化推廣應(yīng)用；本發(fā)明將二氧化鈦的孔結(jié)構(gòu)進行改良，提高其比表面積和孔容，從而顯著提高其催化能力，同時實現(xiàn)催化劑與介質(zhì)的良好分離；采用本發(fā)明提供的方法制備的最優(yōu)的銳鈦型二氧化鈦納米管，其比表面積可達到164.2m2/g，孔容可以達到0.592cm3/g，孔徑分布在10_40nm，平均孔徑為14.4nm ;本發(fā)明制的銳鈦型二氧化鈦納米管可應(yīng)用于太陽能電池、持久性有毒有害有機物的降解處理。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管與銳鈦型二氧化鈦標(biāo)準(zhǔn)卡片XRD對照圖；
[0024]圖2是本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管的氮氣吸附脫附等溫線；
[0025]圖3是本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管的孔徑分布圖；
[0026]圖4是本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管的掃描電鏡分析照片；
[0027]圖5是本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管的投射電鏡分析照片。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0029]實施例1
[0030]一種高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型1102納米管制備方法，包括以下步驟:
[0031]步驟一、二氧化鈦與堿反應(yīng):準(zhǔn)確稱取二氧化鈦粉末2.7g，將其放入300ml8mol/L的氫氧化鈉溶液中，超聲攪拌2小時，然后磁力攪拌5小時，讓二氧化鈦充分溶解于氫氧化鈉溶液中；
[0032]步驟二、將步驟一得到的溶液轉(zhuǎn)移入150ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜的高徑比為3，反應(yīng)釜填充系數(shù)為0.75，將反應(yīng)釜放入不銹鋼夾套中，將反應(yīng)釜裝配好，并將其放入帶有導(dǎo)熱油的油浴中，啟動磁力加熱攪拌器，轉(zhuǎn)速維持在400rpm，加熱到130°C，保溫反應(yīng)28小時；
[0033]步驟三、待步驟二反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉攪拌與加熱系統(tǒng)，自然冷卻至室溫，拆開反應(yīng)裝置，取出反應(yīng)后母液，將母液置于4000rpm下離心20分鐘，保留離心后的濾餅，即得到粗品;
[0034]步驟四、將濾餅放入清水中漂洗5次，直至洗滌上清液pH為11 ;然后向溶液中添加濃度為lmol/L的鹽酸，分5次將溶液pH值調(diào)節(jié)到2 ;然后靜置5小時，將鈦酸鈉的鈉型轉(zhuǎn)化為鈦酸的氫型；
[0035]步驟五、將步驟4中的濾液傾出，將其洗滌3次，直至上清液pH至6，然后向溶液中添加濃度為3mol/L的鹽酸，將溶液pH值調(diào)節(jié)到2 ;然后靜置5小時，然后用水洗滌至pH為6.8，將鈦酸鈉的鈉型轉(zhuǎn)化為鈦酸的氫型；
[0036]步驟六、將步驟五獲得的溶液進行抽濾，得到二氧化鈦納米管成品，再將成品二氧化鈦納米管，進行冷凍干燥處理，得到干燥的鈦納米管；
[0037]步驟七、將干燥的二氧化鈦納米管煅燒，煅燒條件為:氮氣保護，按照10°C /min的速度升溫到500°C，維持該溫度6小時，然后自然冷卻至室溫，得到銳鈦型二氧化鈦納米管。
[0038]實施例1制備的銳鈦型二氧化鈦納米管結(jié)構(gòu)表征:通過比較本發(fā)明制備的銳鈦型二氧化鈦納米管與銳鈦型二氧化鈦標(biāo)準(zhǔn)卡片XRD對照圖，衍射角特征峰基本相同；BET測量數(shù)據(jù)如下:BET比表面積=118.9m2/g ;孔容=0.448cm3/g ;吸附平均孔徑=15nm。
[0039]實施例2
[0040]一種高比表面積和大孔容的介孔銳鈦型T12納米管制備方法，包括以下步驟:
[0041]步驟一、二氧化鈦與堿反應(yīng):準(zhǔn)確稱取二氧化鈦粉末2.7g，將其放入300ml9mol/L的氫氧化鈉溶液中，超聲攪拌3小時，然后磁力攪拌4小時，讓二氧化鈦充分溶解于堿性溶液中，
[0042]步驟二、將步驟一得到的溶液轉(zhuǎn)移入150ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜的高徑比為4，反應(yīng)釜填充系數(shù)為0.7，將反應(yīng)釜放入不銹鋼夾套中，將反應(yīng)釜裝配好，并將其放入帶有導(dǎo)熱油的油浴中，啟動磁力加熱攪拌器，轉(zhuǎn)速維持在500rpm，加熱到133°C，保溫反應(yīng)25小時。
[0043]步驟三、待步驟二反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉攪拌與加熱系統(tǒng)，自然冷卻至室溫，拆開反應(yīng)裝置，取出反應(yīng)后母液，在6000rpm條件下進行離心，時間維持20分鐘，保留離心后的濾餅。
[0044]步驟四、將濾餅放入清水中漂洗6次，直至洗滌上清液pH為11 ;然后向溶液中添加濃度為2mol/L的鹽酸，分4次將溶液pH值調(diào)節(jié)到2.5 ;然后靜置4小時，將鈦酸鈉的鈉型轉(zhuǎn)化為鈦酸的氫型；
[0045]步驟五、將步驟4中的濾液傾出，將其洗滌4次，直至上清液pH至6，然后向溶液中添加濃度