專利名稱：一種高定向比粉體二氧化鈦納米管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種粉體Ti02納米管的制備方法，特別 涉及到一種采用陽極氧化方法制備粉體Ti02納米管的方法。
背景技術(shù)：
隨著人類社會的進(jìn)步，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，而這些環(huán)境污染物的去除需要 消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何合理的利用自然界中的有限 資源，有效控制和解決環(huán)境污染問題，成為目前國際和國內(nèi)眾多學(xué)者研究的熱點問題。近些 年，半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)作為一種新興的技術(shù)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究，這種技術(shù)可 以以太陽能作為能源來降解環(huán)境中的污染物，因此光催化氧化技術(shù)的核心問題之一就是提 高半導(dǎo)體光催化劑的效率。 納米1102是一種重要的無極功能材料，因具有優(yōu)越的氣敏、濕敏、介電效應(yīng)、光電 轉(zhuǎn)化及光催化等優(yōu)點，使其在傳感器、介電材料、自潔材料、太陽能電池和光催化降解污染 物等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。對于納米1102在降解水中及大氣中的污染物的應(yīng)用研究 已成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點問題。美國科學(xué)家Varghese利用電化學(xué)技術(shù)，以HF的水溶 液為電解液，成功的制備出了 Ti02納米管陣列材料(Dawei G， et al， J. Mater. Res， 2001， 16 :3331)，這引起了人們對這種新方法的極大關(guān)注。但是由于在酸性條件下，Ti02與F—反 應(yīng)生成可溶性絡(luò)合物[TiF6]2—的溶解速度和快，因此，德國科學(xué)家Schmuki通過改變電解液 的組成，采用NaF或NH4F等含有氟離子的鹽來代替HF，在中性條件下制備出Ti02納米管陣 列(PatrikSchmuki，et al， Angew. Chem. Int. Ed， 2005， 44 :2100)。前面所述的Ti02納米管 陣列均是以薄膜的形式存在，這種薄膜形式，限制了 Ti02納米管在環(huán)境降解污染物中的應(yīng) 用，而同時通過水熱方法制備的Ti02納米管又是雜亂無序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單、無污染、成本低、高定向比的陽極 氧化法制備粉體Ti02納米管的方法。
本發(fā)明的制備方法如下 1)鈦基底的預(yù)處理將工業(yè)純鈦片切割成10-25mmX 30-50mm的鈦片，將鈦片先后 經(jīng)過240#、400#、600#、800#、 1000#、 1500#的砂紙打磨后，用去離子水清洗，然后放置于體
積比為i : 4 : 5的氫氟酸，硝酸和去離子水混合溶液中刻蝕40秒，再經(jīng)無水乙醇、去離子
水超聲清洗20分鐘，在N2環(huán)境下干燥。 2)配置電解液取0. 585gNaCl溶于100ml水中，形成0. lMNaCl水溶液。然后向 0. lMNaCl水溶液加入70%的HC104 1. 8-5. 4ml，形成0. 1-0. 3MHC104/0. lMNaCl混合的電解 液。 3)粉體1102納米管的制備將預(yù)處理干燥后的鈦片作為陽極，以鉑片作為陰 極，兩極相距l(xiāng)cm，形成二電極系統(tǒng)，以0. 1-0. 3MHC104/0. l麗aCl為電解液，控制電壓為
310-30V，電解時間為l-2h。反應(yīng)后，將溶液離心過濾，在經(jīng)過3次去離子水清洗后，放入 6(TC真空干燥箱中干燥。將干燥后的樣品放入馬弗爐中以2°C /min速度從室溫程序升溫到 480°C ，再在480°C的條件下煅燒3h，最終得到粉體Ti02納米管。 本發(fā)明的有益效果是工藝比較簡單，易于操作，同時又可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。制備 出的粉體Ti02納米管高度定向生長，與水熱方法制備的Ti02納米的雜亂無序生長不同。制 備使用的原料廉價易得，無需昂貴設(shè)備。


圖1是陽極氧化Ti02納米管的頂部掃描電鏡圖(SEM)，放大倍數(shù)為100000倍。
圖2是陽極氧化Ti02納米管的側(cè)面掃描電鏡圖(SEM)，放大倍數(shù)為100000倍。
圖3是陽極氧化Ti(^納米管的X-射線衍射圖(XRD)。橫坐標(biāo)是兩倍的衍射角 (2 ，縱坐標(biāo)是衍射峰的強度(cps)。 圖4中的能譜儀(EDX)表征了制備的陽極氧化Ti02納米管的元素分布。橫坐標(biāo) 是強度(cps)，縱坐標(biāo)是能量(KeV)。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。
實施例1 將工業(yè)純鈦片切割成若干20mmX40mm大小的鈦片。先后經(jīng)過240#、400#、600#、 800#、 1000#、 1500#的砂紙打磨后，直至表面清潔光滑，去離子水清洗后，置于超聲振蕩池中
超聲清洗，清洗后再浸入hf : hno3 : h2o=i : 4 : 5的混合溶液中刻蝕40秒，最后刻
蝕的鈦片分別用無水乙醇溶液和去離子水超聲清洗20分鐘。處理后的鈦片在n2環(huán)境下干 燥，備用。分別將鈦片和鉑片連接于直流穩(wěn)壓電源的正負(fù)極，以0. lMHC104/0. l麗aCl為電 解液，用銅絲做導(dǎo)線將兩極連接在直流穩(wěn)壓電源上。在恒電流陽極氧化過程中，陽極氧化電 壓和時間為先在0-20V下，氧化5分鐘，然后電壓穩(wěn)定在20V，繼續(xù)氧化直至lh，整個實驗在 持續(xù)攪拌下進(jìn)行，電解液的溫度為25 。反應(yīng)后，將溶液離心過濾，在經(jīng)過3次去離子水清 洗后，放入6(TC真空干燥箱中干燥。將干燥后的樣品放入馬弗爐中以2°C /min速度從室溫 程序升溫到48(TC，再在48(TC的條件下煅燒3h，最終得到粉體Ti02納米管。制得的粉體 1102納米管的環(huán)境掃描電鏡照片如圖1、圖2所示?？梢钥闯龆趸伡{米管頂部開口，排 列緊密，分布均勻，Ti02納米管平均直徑約40nm，管壁厚約15nm，管長約為240nm-320nm，管 的生長方向高度定向。X射線衍射圖如圖3所示，根據(jù)衍射峰對應(yīng)的角度計算出晶體結(jié)構(gòu) 是〈101〉晶面擇優(yōu)生長。通過圖4的EDX表征分析，Ti02納米管只要由Ti和0組成，C為 環(huán)境中存在的，Cu的峰為Cu基底。
實施例2 按照實施例1的本發(fā)明制備方法，只是將電解液中HC104的濃度增加到0. 2M，制得 粉體1102納米管光催化劑。
實施例3 按照實施例1的本發(fā)明制備方法，只是將電解液中HC104的濃度增加到0. 3M，制得 粉體1102納米管光催化劑。
實施例4 按照實施例1的本發(fā)明制備方法，只是將陽極氧化的時間增加到1. 5h，制得粉體 Ti02納米管光催化劑。
實施例5 按照實施例1的本發(fā)明制備方法，只是將陽極氧化的電壓增加到30V，制得粉體 Ti02納米管光催化劑。
權(quán)利要求
一種高定向比粉體二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于以下步驟1)鈦基底的預(yù)處理將工業(yè)純鈦片切割成10-25mm×30-50mm的鈦片，將鈦片先后經(jīng)過240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂紙打磨后，用去離子水清洗，然后放置于體積比為1∶4∶5的氫氟酸，硝酸和去離子水混合溶液中刻蝕40秒，再經(jīng)無水乙醇、去離子水超聲清洗20分鐘，在N2環(huán)境下干燥；2)配置電解液取0.585gNaCl溶于100ml水中，形成0.1MNaCl水溶液；然后向0.1MNaCl水溶液加入70％的HClO4 1.8-5.4ml，形成0.1-0.3MHClO4/0.1MNaCl混合的電解液；3)粉體TiO2納米管的制備將預(yù)處理干燥后的鈦片作為陽極，以鉑片作為陰極，兩極相距1cm，形成二電極系統(tǒng)，以0.1-0.3MHClO4/0.1MNaCl為電解液，控制電壓為10-30V，電解時間為1-2h；反應(yīng)后，將溶液離心過濾，在經(jīng)過3次去離子水清洗后，放入60℃真空干燥箱中干燥；將干燥后的樣品放入馬弗爐中以2℃/min速度從室溫程序升溫到480℃，再在480℃的條件下煅燒3h，最終得到粉體TiO2納米管。
全文摘要
本發(fā)明為通過陽極氧化方法制備高定向比的粉體二氧化鈦納米管的制備及其應(yīng)用，屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域。催化劑制備步驟如下1)鈦片經(jīng)過打磨、混酸刻蝕、超聲處理、干燥后備用；2)采用二電極系統(tǒng)，以HClO4/NaCl的混合溶液為電解液，制備粉體二氧化鈦納米管，其平均直徑約40nm，管壁厚約15nm，管長約為240nm-320nm。本發(fā)明制備的粉體二氧化鈦納米管光催化劑具有操作簡單、二氧化鈦納米管定向生長、性能穩(wěn)定以及制備過程無其他污染物產(chǎn)生等優(yōu)點，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號B82B3/00GK101746819SQ20091031114
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者曲振平, 李新勇, 石勇, 肇啟東, 鄒學(xué)軍, 陳國華 申請人:大連理工大學(xué)