一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法，屬于無機納米材料領(lǐng)域，本發(fā)明包括以下步驟：(1)陽極氧化，(2)熱處理，(3)制備二氧化硅溶膠，(4)二氧化鈦納米管浸潤。本發(fā)明的TiO2納米管陣列經(jīng)二氧化硅溶膠改性后，具有較好的光催化性能和較強的疏水能力，二氧化硅牢固的吸附在TiO2納米管上，耐多次清洗，自清潔持久性好，而且本方法制備的二氧化鈦納米管陣列不容易被沾污，使用壽命長；本發(fā)明工藝設(shè)備簡單，操作方便，工藝參數(shù)易控制，成本低廉，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料具有一系列特異的物理化學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)出優(yōu)異的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域效應(yīng)，從而使材料在熱、磁、光、敏感特性和表面穩(wěn)定性等方面顯示出特殊的性能。納米二氧化鈦(Ti02)是一種重要的無機功能材料，因其良好化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和環(huán)境友好等特性使其在自清潔材料、海洋防腐、太陽能電池、傳感器、光裂解水及催化降解等領(lǐng)域有著顯著的地位。Ti02納米管具有納米管的特殊結(jié)構(gòu)，因此具有更大的比表面積和更強的吸附能力，表現(xiàn)出更高的光催化性能和光電轉(zhuǎn)化效率。
[0003]超疏水是指水與表面的接觸角超過150°，超疏水物質(zhì)表面具有很多獨特的結(jié)構(gòu)特征和表面性能，如自清潔性、防污特性和海洋防腐等特性，這些特殊性能使其在很多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種具有較好的光催化性能、較強的疏水能力和自清潔功能的Ti02納米管陣列的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案，一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法，包括以下步驟:
[0006](1)、陽極氧化
[0007]將高純鈦片表面清洗干凈，在電解液中進行陽極氧化，氧化電壓為20?60V，氧化時間為2?6小時；
[0008](2)、熱處理
[0009]將陽極氧化后的高純鈦片在450?600°C下煅燒2?4小時進行熱處理；
[0010](3)、制備二氧化硅溶膠
[0011]將正硅酸乙酯和乙醇均勻混合，得混合溶液I，向此混合溶液I中緩慢滴加鹽酸與水的混合液，得到混合溶液II，將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠；
[0012](4)、二氧化鈦納米管浸潤
[0013]將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2?5次，每次浸潤1?5分鐘。
[0014]進一步的，所述的步驟⑴中電解液為含有0.5?8被％氟化銨和3?5vol%去離子水的乙二醇溶液。
[0015]進一步的，所述的步驟(3)中正硅酸乙酯與乙醇的體積比為1:2?1:3，鹽酸與水的體積比為1:20?1:10，滴加的鹽酸與水混合液與混合溶液I的體積比為2:1?3:1。
[0016]本發(fā)明選擇高純度鈦片作為基片，是因為鈦片純度會影響二氧化鈦納米管的形貌及結(jié)構(gòu)，不可替換成低純度的鈦片，純度過低甚至得不到納米管。
[0017]本發(fā)明在高純鈦片浸潤二氧化硅溶膠之前進行熱處理，可以有效提高陽極氧化膜的抗腐性。
[0018]二氧化硅溶膠制備方法簡便，材料價格低廉，另外，二氧化硅較牢固的吸附在Ti02納米管上,耐多次沖洗，自清潔持久性好。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的Ti02納米管陣列經(jīng)二氧化硅溶膠改性后，具有較好的光催化性能和較強的疏水能力，二氧化硅能牢固的吸附在Ti02納米管上，自清潔持久性好，而且本方法制備的二氧化鈦納米管陣列不容易被沾污，使用壽命長；本發(fā)明工藝設(shè)備簡單，操作方便，工藝參數(shù)易控制，成本低廉，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]陽極氧化設(shè)備可以選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任一種，優(yōu)選采用特安斯TAS1-1603直流電源供應(yīng)器，電解槽采用100ml的燒杯，其中陰極采用2cmX2cm鉬片，陽極為2cmX2cm欽片，電極間距5cm。
[0022]光催化性能測試條件:30ml的甲基橙溶液，濃度為20g/L。測試前先將樣品放入燒杯中并在黑暗條件下平衡30min，然后置于250W紫外燈(波長為254nm)下進行測試，燈距離液面的距離為30cm。測試時每隔半小時取一個樣品用分光光度計進行吸光度測試(分光光度計采用上海菁華科技儀器有限公司，722型分光光度計)在波長為464nm處測吸光度，測試時間為3h。
[0023]甲基橙溶液的降解率η = (Αο-Α)/ΑοΧ 100%，其中Αο為初始溶液的吸光度，Α為各反應(yīng)階段的吸光度。
[0024]疏水能力通過接觸角來表征，采用上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司JC200D3接觸角測量儀測量接觸角。
[0025]實施例1
[0026](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為60V，氧化時間為3小時；
[0027](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒2小時進行熱處理；
[0028](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:2充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液I中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:15)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為2:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0029](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2次，每次浸潤1分鐘；
[0030]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在94% ；
[0031]疏水能力表征，接觸角:157°。
[0032]實施例2:
[0033](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為60V，氧化時間為3小時；
[0034](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒2小時進行熱處理；
[0035](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:2充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:15)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為2:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0036](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2次，每次浸潤3分鐘；
[0037]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在95% ；
[0038]疏水能力表征,接觸角:160°。
[0039]實施例3:
[0040](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為60V，氧化時間為3小時；
[0041](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒2小時進行熱處理；
[0042](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:2充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:15)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為2:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0043](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤5次，每次浸潤3分鐘；
[0044]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在93% ；
[0045]疏水能力表征，接觸角:157°。
[0046]實施例4:
[0047](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為60V，氧化時間為3小時；
[0048](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒2小時進行熱處理；
[0049](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:2充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:15)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為2:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0050](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2次，每次浸潤5分鐘；
[0051]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在92% ；
[0052]疏水能力表征,接觸角:151°。
[0053]實施例5:
[0054](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為40V，氧化時間為3小時；
[0055](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒5小時進行熱處理；
[0056](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:3充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:10)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為2:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0057](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2次，每次浸潤3分鐘；
[0058]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在90% ；
[0059]疏水能力表征,接觸角:145°。
[0060]實施例6:
[0061](1)、將高純鈦片在去離子水和丙酮中多次清洗至表面清洗干凈，在1.0Wt%氟化銨和4vol%去離子水的乙二醇溶液中進行陽極氧化，氧化電壓為20V，氧化時間為4小時；
[0062](2)、將陽極氧化后的高純鈦片在500°C下煅燒3小時進行熱處理；
[0063](3)、將正硅酸乙酯和乙醇按照體積比1:3充分均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液中緩慢滴加鹽酸和水(體積比為1:20)的混合液，混合溶液I與鹽酸和水的混合液的體積比為3:1，得到混合溶液II，并且將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠體系；
[0064](4)、將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2次，每次浸潤3分鐘；
[0065]光催化性能測試，3h后甲基橙的降解率在92% ；
[0066]疏水能力表征,接觸角:148°。
【權(quán)利要求】
1.一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、陽極氧化 將高純鈦片表面清洗干凈，在電解液中進行陽極氧化，氧化電壓為20?60V，氧化時間為2?6小時； (2)、熱處理 將陽極氧化后的高純鈦片在450?600°C下煅燒2?4小時進行熱處理； (3)、制備二氧化硅溶膠 將正硅酸乙酯和乙醇均勻混合，得到混合溶液I，再向此混合溶液I中緩慢滴加鹽酸與水的混合液，得到混合溶液II，將混合溶液II靜置陳化24小時，即得到透明的二氧化硅溶膠； (4)、二氧化鈦納米管浸潤 將步驟(2)中處理后的高純鈦片浸入到步驟(3)中制得的二氧化硅溶膠中，并反復(fù)浸潤2?5次，每次浸潤I?5分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)中電解液為含有0.5?8被％氟化銨和3?5vol%去離子水的乙二醇溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自清潔二氧化鈦納米管陣列的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中正硅酸乙酯與乙醇的體積比為1:2?1:3，鹽酸與水的體積比為1:20?I: 10，滴加的鹽酸與水的混合液與混合溶液I的體積比為2:1?3:1。
【文檔編號】B82Y40/00GK104278311SQ201410522899
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】高大偉, 王麗麗, 畢紅軍, 王春霞 申請人:鹽城工學(xué)院