专利名称：一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，属于无机非金属材料技术领域。
背景技术：
氮化钛具有一系列优异的性能，如高熔点(2950°C )，高硬度，高的化学稳定性和 热稳定性，优异的抗腐蚀和抗磨损性能，良好的导热和导电性能等，因而具有广泛而重要的 应用。例如，氮化钛可用作刀具涂层、高温陶瓷导电材料、耐热耐磨材料、弥散强化材料、防 静电材料、燃料电池的电极催化剂和电极材料等；纳米氮化钛对光的吸收可以达到80%以 上，可用于高效率的太阳光吸收剂，对紫外光屏蔽大于80%以上，有很好的阻隔性能，纳米 氮化钛还是一种高热辐射率涂层材料。 目前氮化钛的制备以粉体材料为主，主要技术包括金属钛在80(TC以上温度与 氮气或氨气直接反应法；在氮气或氨气气氛中碳热还原氧化钛法；高能球磨法；自蔓延高 温合成法；固态交换反应法；溶剂热法；纳米氧化钛氮化法等。 多孔氮化钛由于其特殊的多孔结构，除了具有常规氮化钛的性能及应用之外，还 可用作生物材料(钛及钛合金硬度低，耐磨性差，表面形成氮化钛后，可提高耐磨性及抗腐 蚀性能)、电极材料、超级电容器、催化剂及催化剂载体。 然而，迄今为止，多孔氮化钛的研究报道非常有限。Suslick等人通过双模板法 制备了介孔氮化钛微球，他们首先通过喷雾法制备Zn2Ti04空心球，然后Zn2Ti04空心球在 100(TC与无水氨气进行反应，获得了介孔氮化钛微球。Hector等人以聚苯乙烯微球作模板， 将有机钛溶胶渗入聚苯乙烯微球中，然后在60(TC的氨气中进行反应，去除了聚苯乙烯模 板，形成了有序大孔氮化钛薄膜。Jun与等人以介孔氧化硅为模板，首先制备介孔氮化碳，溶 去氧化硅模板后，再以介孔氮化碳作模板并与乙醇钛反应，制备氮化碳/氧化钛复合材料， 最后在800°C的惰性气氛中进行反应，制备氮化钛/碳复合材料。Fischer等人通过类似的 方法制备了具有多孔结构的氮化钛/碳空心球。可见，现有制备多孔氮化钛的技术均使用 了模板，不仅反应温度高，而且还要清除模板，操作复杂，周期长，效率低。因此探索经济实 用的低温制备多孔氮化钛技术具有重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种低温反应大量制备多孔氮化钛的工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的 —种低温反应制备多孔氮化钛的工艺以海绵钛和氯化铵为反应物，置于反应釜 中，加热到520°C 55(TC，使海绵钛与氯化铵发生反应，保温5 10小时后自然冷却至室 温，产物依次经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗去除吸附物及残余钛，干燥，即制得多孔氮 化钛。 所述海绵钛与氯化铵的摩尔比为1 : (1 1. 5)。
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所述反应釜在加热前先密封。 所述浓盐酸浓度为20 36% (体积浓度)，即为常规实验中常用到的浓盐酸。
所述干燥是在50°C 6(TC下烘干8 10小时。 利用本发明的工艺得到的多孔氮化钛的X-射线衍射图如图1所示，图中各衍射峰 与立方氮化钛相吻合，晶格常数为a-4.242A。多孔氮化钛的形貌如图2、图3所示。多孔氮 化钛的等温吸附/脱附曲线如图4所示，多孔氮化钛的比表面积为31m7g。
本发明的工艺的有益效果如下 (1)反应物价格低廉海绵钛是整个钛金属生产中的一个初级产品，是钛材、钛粉 及其它钛构件的原料；氯化铵是一种常见的化肥。
(2)海绵钛的多孔性有利于氨气的扩散和反应，因此制备温度低，反应时间短，节 约能源，而且反应过程操作简单，反应副产物易清除，有利于多孔氮化钛的大量生产；
(3)制备的多孔氮化钛的比表面积为31m7g，多孔氮化钛的产率高，大于80%。
图1是本发明实施例1制得产物的X-射线衍射图； 图2是本发明实施例4制得产物的场发射电镜形貌图； 图3是本发明实施例4制得产物经无水乙醇清洗后的实物照片； 图4是本发明实施例1制得产物的吸附等温线。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例l低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取2. 4g海绵钛，3. Og氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到53(TC，保温10小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物呈松散的块状，经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干8小时后 得到大量蓝黑色粉末及少量黄色小块，即为多孔氮化钛。 上述得到的多孔氮化钛的X-射线衍射图如图1所示，图中各衍射峰与立方氮化钛 相吻合，晶格常数为^4.242 A。多孔氮化钛的形貌如图2、图3所示。-多孔氮化钛的等温 吸附/脱附曲线如图4所示，多孔氮化钛的比表面积为31m2/g。
实施例2低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取1. 9g海绵钛，2. 9g氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到55(TC，保温10小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物为附有黄色物质的钛块，经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干 6小时后得到蓝黑色粉末及少量黄色小块，即为多孔氮化钛。
实施例3低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取2. 4g海绵钛，3. Og氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到53(TC，保温6小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干10小时后得到蓝黑色粉 末及大量黄色碎片，即为多孔氮化钛。
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实施例4低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取2. 4g海绵钛，3. Og氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到53(TC，保温6小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物经无水乙醇、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干8小时后得到较大的黄块，即为多 孔氮化钛。 实施例5低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取2. 4g海绵钛，3. Og氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到52(TC，保温10小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物表面呈极淡的黄色，经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干8小 时后得到蓝黑色粉末，即为多孔氮化钛。
实施例6低温反应制备大量多孔氮化钛 用天平称取2. 4g海绵钛，3. Og氯化铵，装入不锈钢反应釜中，反应釜封紧后，在加 热炉中加热到53(TC，保温4小时后关闭加热炉，使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产 物为附有黄色物质的钛块，经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗，然后将产物在5(TC下烘干 8小时后得到蓝黑色粉末，即为多孔氮化钛。
权利要求
一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，其特征在于以海绵钛和氯化铵为反应物，置于反应釜中，加热到520℃～550℃，使海绵钛与氯化铵发生反应，保温5～10小时后自然冷却至室温，产物依次经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗去除吸附物及残余钛，干燥，即制得多孔氮化钛。
2. 根据权利要求1所述的一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，其特征在于所述海 绵钛与氯化铵的摩尔比为l : (1 1.5)。
3. 根据权利要求1所述的一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，其特征在于所述反 应釜在加热前先密封。
4. 根据权利要求1所述的一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，其特征在于所述浓盐酸浓度为20 36%。
5. 根据权利要求1所述的一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺，其特征在于所述干燥是在50°C 6(TC下烘干8 10小时。
全文摘要
本发明公开了一种低温反应制备多孔氮化钛的工艺以海绵钛和氯化铵为反应物，置于反应釜中，加热到520℃～550℃，使海绵钛与氯化铵发生反应，保温5～10小时后自然冷却至室温，产物依次经无水乙醇、浓盐酸、去离子水清洗去除吸附物及残余钛，干燥，即制得多孔氮化钛。本发明的工艺的有益效果如下(1)反应物价格低廉；(2)海绵钛的多孔性有利于氨气的扩散和反应，因此制备温度低，反应时间短，节约能源，而且反应过程操作简单，反应副产物易清除，有利于多孔氮化钛的大量生产；(3)制备的多孔氮化钛的比表面积为31m2/g，多孔氮化钛的产率高，大于80％。
文档编号C01B21/00GK101759163SQ20091025608
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者亓永新, 伦宁, 刘瑞, 毕见强, 白玉俊, 韩福东 申请人:山东大学