專利名稱：一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米吸附-光催化材料制備 技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法。
背景技術(shù)：
TiO2納米管光催化材料因其具有較大比表面積，已成為TiO2光催化劑制備研究領(lǐng)域的熱門課題。目前有關(guān)二氧化鈦納米管材料的制備方法已有很多，采用濃堿水熱法是制備TiO2納米管的常用方法，但是經(jīng)濃堿一次水熱后的TiO2納米管需要經(jīng)過進(jìn)行轉(zhuǎn)變才能作為光催化材料使用，通常的處理方法是需要經(jīng)過二次水熱或者是煅燒而使其晶型轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相TiO2，在上述兩種方法中，二次水熱是將TiO2納米管前驅(qū)體粉末置于裝有酸溶液的高壓反應(yīng)釜中，但此操作過程需要的時間較長，一般需要4 48h，煅燒法則需要將前驅(qū)體TiO2納米管在高溫(400 500°C)條件下煅燒來完成，能源消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法，方法簡單，容易實現(xiàn)，制備過程需要時間短，耗能小。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法，其特征在于，將銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管；將一次水熱TiO2納米管置于HNO3溶液中，一次水熱TiO2納米管和HNO3的比例為Ig :0. 003 O. Olmol，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，I. 5 3. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)10 20min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為60 80°C，烘干時間為20 30min，即得銳鈦礦相TiO2納米管。本發(fā)明的有益效果是簡單易操作，流程短，所需反應(yīng)設(shè)備少，反應(yīng)條件溫和易于控制；制得的二氧化鈦納米管具有高效吸附性能，可見光條件下有很好的光催化降解效果。


圖I是本發(fā)明實施例I的XRD圖，其中，a指作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2, b指使用濃堿水熱法制備的一次水熱TiO2納米管，C指本發(fā)明所制備的銳鈦礦相TiO2納米管，圖2是本發(fā)明實施例I的 Μ圖，其中，Ca)是使用濃堿水熱法制備的一次水熱TiO2納米管的TEM圖，(b)是本發(fā)明所制備的銳鈦礦相TiO2納米管的TEM圖，圖3是本發(fā)明實施例I的降解四環(huán)素溶液降解率隨時間變化曲線圖，其中，a指作為前驅(qū)體的銳鈦礦相Ti02，b指使用濃堿水熱法制備的一次水熱TiO2納米管，C指本發(fā)明所制備的銳鈦礦相TiO2納米管。
具體實施方式
實施例I將作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管(簡稱為TNT)。將O. Ig —次水熱TiO2納米管置于50mL0.01mol/L HNO3溶液中，超聲混勻后，將溶液轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，2. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)15min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為80°C，烘干時間為30min，即得銳鈦礦相TiO2納米管(簡稱為WTNT)。實施例2將作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管(簡稱為TNT)。將O. 2g —次水熱TiO2納米管置于30mL0. 02mol/L HNO3溶液中，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，2. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)lOmin，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為60°C，烘干時間為 20min,即得銳鈦礦相TiO2納米管(簡稱為WTNT)。實施例3將作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管(簡稱為TNT)。將O. Ig 一次水熱TiO2納米管置于25mL0. 04mol/L HNO3溶液中，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，I. 5MPa條件下微波水溫反應(yīng)15min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為70°C，烘干時間為30min,即得銳鈦礦相TiO2納米管。實施例4將作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管(簡稱為TNT)。將O. 3g —次水熱TiO2納米管置于20mL0. 05mol/L HNO3溶液中，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，3. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)20min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為80°C，烘干時間為25min,即得銳鈦礦相TiO2納米管。實施例5將作為前驅(qū)體的銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管(簡稱為TNT)。將O. 05g 一次水熱TiO2納米管置于15mL0. 03mol/L HNO3溶液中，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，3. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)lOmin，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為60°C，烘干時間為20min,即得銳鈦礦相TiO2納米管。以實施例I為例，由圖I可以看出，前驅(qū)體TiO2為純銳鈦礦晶型(JCPDS21-1272)一致。濃堿水熱法制備的一次水熱TiO2納米管為鈦酸鹽(H2Ti3O7)結(jié)構(gòu)，晶型與pdf卡(JCPDS47-0561)—致，2Θ角11°附近的衍射峰為鈦酸鹽的特征峰；經(jīng)本發(fā)明制備的二氧化鈦納米管晶型為純銳鈦礦晶型，其晶型與pdf卡(JCPDS21-1272) —致。
從圖2 (a)和圖2 (b)可以清楚表明，使用濃堿水熱法制備的一次水熱TiO2納米管為中空管狀結(jié)構(gòu)，管長約數(shù)百納米，直徑約5nm ;實施例I所制備的銳鈦礦相TiO2納米管與其具有基本相同的管狀結(jié)構(gòu)，說明微波水熱后并未明顯改變TiO2的管狀結(jié)構(gòu)。選擇四環(huán)素為模型降解物來考察不同催化劑的光催化降解情況。將實施例I使用的前驅(qū)體銳鈦礦相TiO2、一次水熱TiO2納米管以及實施例I制備的銳鈦礦相TiO2納米管，分別稱取O. 05g并在Xe燈下對50mL75mg/L四環(huán)素溶液進(jìn)行光照條件下的催化降解實驗。根據(jù)降解過程中四環(huán)素在375nm處吸光度變化計算得到降解百分率，對比結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，三種催化劑中WTNT對四環(huán)素的降解速度最快，這種結(jié)果歸因于本發(fā)明所制備的銳鈦礦相TiO2納米管為擁有較大表面積的銳鈦礦晶型TiO2,比表面面積大可以為 待降解有機物提供更多的吸附點位，而銳鈦礦晶型的TiO2可以使其更好的發(fā)揮光催化的作用，兩種形式相結(jié)合使WTNT兼具優(yōu)良的吸附和催化性能于一體。
權(quán)利要求
1.一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法，其特征在于，將銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管；將一次水熱TiO2納米管置于HNO3溶液中，一次水熱TiO2納米管和HNO3的比例為Ig :0. 003 O. Olmol，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，I. 5 3. OMPa條件下微波水溫反應(yīng)10 20min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至PH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為60 80°C，烘干時間為20 30min，即得銳鈦礦相TiO2納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高催化活性二氧化鈦納米管的微波輔助合成方法，將銳鈦礦相TiO2使用濃堿水熱法制備一次水熱TiO2納米管；將一次水熱TiO2納米管置于HNO3溶液中，一次水熱TiO2納米管和HNO3溶液的比例為1g0.003～0.01mol，超聲混勻后，轉(zhuǎn)入高壓微波反應(yīng)釜中密封，置于微波消解儀中，1.5～3.0MPa條件下微波水溫反應(yīng)10～20min，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，對得到的固體物質(zhì)使用無離子水清洗至pH=7，過濾后將得到的沉淀物使用烘箱進(jìn)行干燥，烘干溫度為60～80℃，烘干時間為20～30min，即得銳鈦礦相TiO2納米管。本發(fā)明方法簡單，容易實現(xiàn)，制備過程需要時間短，耗能小。
文檔編號C01G23/047GK102774881SQ20121026061
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者姚秉華, 張凡宏, 張玩濤, 彭超, 鈕金芬 申請人:西安理工大學(xué)