專(zhuān)利名稱(chēng)：離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦(Ti02 )線(xiàn)管材，屬于制備摻 雜型線(xiàn)管材的技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
在光電轉(zhuǎn)換或光催化領(lǐng)域，Ti02是非常有用的材料，但是，在利用可見(jiàn)光方面其效果并 不好，因此，人們希望通過(guò)金屬離子摻雜改善此性能。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，金屬離子摻雜Ti02可以顯 著提高光電轉(zhuǎn)換或光催化效率。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全新的、簡(jiǎn)單而方便的制備方法,合成出金屬離子含量容易控 制的金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材。
本發(fā)明一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦(Ti02 )線(xiàn)管材，該金屬離子是摻 入到Ti02線(xiàn)管材中的，其方法為-
稱(chēng)取適量的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材(該層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材的制備方法，見(jiàn)參考文獻(xiàn)Ji T H, Tang M Y, Liu G R and Qi X Y，^ v. M 敏.Ww. 2006， 11-12,603)，將其與溶于水的金屬鹽水溶 液混合，在室溫 240"C離子交換2 35小時(shí)，制得含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材， 然后，將含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材放入反應(yīng)釜中，并加入適量水，在60 240"C進(jìn)行反應(yīng)4 40小時(shí)，得到金屬離子摻雜Ti02線(xiàn)管材；
或者，直接將金屬鹽水溶液與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材在反應(yīng)釜中混合，并于60 240 "C之 間處理4 40小時(shí)，就可制得金屬離子摻雜TiOa線(xiàn)管材。
其中，該金屬鹽選用氯化錳(MnCl2)，乙酸錳(Mn(Ac)2),氯化鈷(CoCl2),乙酸 鈷(Co(Ac)2),氯化亞鐵(FeCl》，三氯化鐵(FeCl:,)，氯化銅(CuCl2 )，硫酸銅(CuS04)， 氯化鎳(NiCl2)，硝酸銪(Eu鍵,),硝酸銀(Ag亂),氯化銦(InCl:,)。
其中，該層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材選用Na-Ti-0, K-Ti-0。
其中，在反應(yīng)釜中通過(guò)離子交換法制備金屬離子摻雜Ti02線(xiàn)管材的制備過(guò)程是新的合成 過(guò)程。
其中，使用一定的反應(yīng)溫度(60 240 "C)和反應(yīng)時(shí)間(4 40小時(shí))，是為了將含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匐x子摻雜TiO,線(xiàn)管材。
其中，通過(guò)離子交換法制備含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材的方法為使用可溶 水的金屬鹽水溶液直接與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材混合，在室溫 240"C和2 35小時(shí)的條件下進(jìn) 行離子交換。
其中，直接將金屬鹽水溶液與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材在反應(yīng)釜中混合，于60 240 T之間 處理4 40小時(shí)，該適量金屬鹽水溶液與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材是一起放入反應(yīng)釜內(nèi)的。
其中，新的制備金屬離子摻雜Ti02線(xiàn)管材的過(guò)程，是指此合成過(guò)程是直接離子交換反應(yīng) 的過(guò)程。
其中，進(jìn)行離子交換時(shí)，溶于水的金屬鹽與層狀鈦酸鹽直接在反應(yīng)釜內(nèi)混合，不需再加 其它物質(zhì)。
本發(fā)明一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦(Ti02)線(xiàn)管材，其優(yōu)點(diǎn)在于所使用 的原料廉價(jià)易得；操作簡(jiǎn)單易控制；摻雜Ti02線(xiàn)管材中的金屬離子含量易控制；金屬離子摻 雜Ti02線(xiàn)管材的形貌基本保持不變。
(四)


圖l:制備金屬離子摻雜Ti02線(xiàn)管材的流程圖。
圖2:實(shí)施例2制備得到的錳離子摻雜Ti02線(xiàn)管材的電鏡照片。
圖3:實(shí)施例8制備得到的錳和鈷離子共摻雜Ti02線(xiàn)管材的電鏡照片。
圖4:實(shí)施例1、例4和例10制備得到的離子摻雜Ti02線(xiàn)管材的X射線(xiàn)衍射(XRD)譜圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦(Ti02)線(xiàn)管材，其制備步驟為 稱(chēng)取適量的金屬鹽，溶解在水中，再加入層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材進(jìn)行混合，在室溫 240"C， 時(shí)間2 35小時(shí)的條件下進(jìn)行離子交換，制得含有所交換的金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材； 然后，將這種含有所交換的金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材與適量水，放在反應(yīng)釜中，在60 240 "C之間反應(yīng)4 40小時(shí)。具體實(shí)例如下
實(shí)驗(yàn)例h將1.0g氯化鎘(CdCU溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽(Na-Ti-0)線(xiàn) 管材，在IOO'C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含有離子CcT的層狀鈦酸
鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行反 應(yīng)10h，即可制得C(f離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例2:將l.Og氯化錳(MnCl2)溶在30niL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在100"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含有M,離子的層狀 鈦酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材i. 5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn) 行反應(yīng)10h，即可制得Mn"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例3:將l.Og乙酸錳(Mn(Ac)》溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在100T進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含有離子Ccf的層狀 鈦酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn) 行反應(yīng)10h，即可制得MrT離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例4:將0. lg氯化錳(MnCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材(Na_Ti-0)， 在160 "C直接進(jìn)行反應(yīng)10h，即可制得Mn"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例5:將1. 0g氯化鋅(ZnCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材(Na-Ti-0)， 在100"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Zrf離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材。 取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行反應(yīng)10h，即 可制得Zr^離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例6:將1. Og氯化鈷(CoCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材(Na-Ti-0)， 在100。C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Co"離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材。 取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行反應(yīng)10h，即 可制得Co"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例7:將0.2g氯化鈷(CoCl2)溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在160 。C進(jìn)行反應(yīng)10h,即可制得Co"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例8:將0.5g氯化鈷(CoCl2)和0.5gMnCL共同溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材(Na-Ti-0)，在IOO"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Mn" 和C,離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1. 5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL 水，在160 。C進(jìn)行反應(yīng)10h，即可制得Mn2， Co"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例9:將0. lg氯化汞(HgCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0),在IOO"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Hg"離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行
反應(yīng)10h，即可制得Hg"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例10:將l.Og乙酸鉛(Pb(Ac)2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在100"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Pb"離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行 反應(yīng)10h，即可制得Pb2+離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例11:將l.Og氯化銅(CuCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含0/+離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1. 5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160。C進(jìn)行 反應(yīng)10h，即可制得Cu"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例12:將l.Og氯化銅(CuCl2)溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在100。C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含(^2+離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入2.0mL乙醇和30mL水， 在160"C進(jìn)行反應(yīng)10h，即可制得Cu'離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例13:將l.Og氯化鉻(CrCl:,)溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在10(TC進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含C,離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行 反應(yīng)10h，即可制得Cr'+離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例14:將0.2g氯化鉻(CrCl:,)溶在30mL水中，加入1.5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在160 "C進(jìn)行反應(yīng)10h，即可制得C離子摻雜丁102線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例15:將0.2g硝酸銀(AgNO:,)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Ag2+離子的層狀鈦 酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160"C進(jìn)行 反應(yīng)10h，即可制得Ag"離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例16:將0. 2g硝酸銪(Eu (NO.,):,)溶在30mL水中，加入L 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C進(jìn)行離子交換15h，冷到室溫，過(guò)濾，水洗，制得含Eu"離子的層狀鈦
酸鹽線(xiàn)管材。取這種所交換的線(xiàn)管材1.5g再放入反應(yīng)釜中，并加入30mL水，在160。C進(jìn)行 反應(yīng)10h，即可制得Eu'+離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
實(shí)驗(yàn)例17:將0. 2g硝酸銪(Eu (NO.,),)溶在30mL水中，加入1. 5g層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材 (Na-Ti-0)，在160"C進(jìn)行反應(yīng)10h，即可制得Eij3+離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
權(quán)利要求
1、一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于其制備方法為稱(chēng)取所需量層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材，將其與溶于水的金屬鹽水溶液混合，通過(guò)離子交換法，制得含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材；然后，將含所交換金屬離子的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材放入反應(yīng)釜中，加入所需量水，加熱至60～240℃，并保持在該溫度下反應(yīng)4～40小時(shí)，就可制得金屬離子摻雜TiO2線(xiàn)管材。
2、 一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于其制備方法為取所 需量金屬鹽水溶液與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材一起放入反應(yīng)釜內(nèi)，加熱至60 240°C，并保持在 該溫度下反應(yīng)4 40小時(shí)，通過(guò)離子交換和熱處理，就可制得金屬離子摻雜Ti02線(xiàn)管材。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于-該金屬鹽選用氯化錳，乙酸錳,氯化鈷，乙酸鈷，氯化亞鐵，三氯化鐵，氯化銅，硫酸銅， 氯化鎳，硝酸銪,硝酸銀，氯化銦。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于-該層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材選用Na-Ti-0， K-Ti-0。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于: 該金屬鹽選用氯化錳，乙酸錳,氯化鈷，乙酸鈷,氯化亞鐵,三氯化鐵,氯化銅，硫酸銅，氯 化鎳，硝酸銪，硝酸銀，氯化銦。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于: 該層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材選用Na-Ti-O, K-Ti-0。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于溶于水的金屬鹽與層狀鈦酸鹽直接混合，不需再加其它物質(zhì)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦線(xiàn)管材，其特征在于溶于水的金屬鹽與層狀鈦酸鹽直接在反應(yīng)釜內(nèi)混合，不需再加其它物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了離子交換法制備金屬離子摻雜二氧化鈦(TiO₂)線(xiàn)管材，該方法為用金屬離子交換過(guò)的層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材，在含有水的反應(yīng)釜中，于60～240℃之間處理4～40小時(shí)；或者直接將金屬鹽水溶液與層狀鈦酸鹽線(xiàn)管材在反應(yīng)釜中混合，并于60～240℃之間處理4～40小時(shí)，就可制得金屬離子摻雜TiO₂線(xiàn)管材。該制備過(guò)程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件容易控制，產(chǎn)品在光催化或光電轉(zhuǎn)化及發(fā)光材料領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01G23/053GK101190801SQ200610114748
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者嵇天浩, 功 程 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)