专利名称：一种高定向比粉体二氧化钛纳米管的制备方法
技术领域：
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种粉体Ti02纳米管的制备方法，特别 涉及到一种采用阳极氧化方法制备粉体Ti02纳米管的方法。
背景技术：
随着人类社会的进步，环境污染问题越来越严重，而这些环境污染物的去除需要 消耗大量的能源，这给日益枯竭的能源提出严峻的挑战。如何合理的利用自然界中的有限 资源，有效控制和解决环境污染问题，成为目前国际和国内众多学者研究的热点问题。近些 年，半导体光催化氧化技术作为一种新兴的技术受到国内外学者的广泛研究，这种技术可 以以太阳能作为能源来降解环境中的污染物，因此光催化氧化技术的核心问题之一就是提 高半导体光催化剂的效率。 纳米1102是一种重要的无极功能材料，因具有优越的气敏、湿敏、介电效应、光电 转化及光催化等优点，使其在传感器、介电材料、自洁材料、太阳能电池和光催化降解污染 物等方面具有广阔的应用前景。对于纳米1102在降解水中及大气中的污染物的应用研究 已成为国内外学者的研究热点问题。美国科学家Varghese利用电化学技术，以HF的水溶 液为电解液，成功的制备出了 Ti02纳米管阵列材料(Dawei G， et al， J. Mater. Res， 2001， 16 :3331)，这引起了人们对这种新方法的极大关注。但是由于在酸性条件下，Ti02与F—反 应生成可溶性络合物[TiF6]2—的溶解速度和快，因此，德国科学家Schmuki通过改变电解液 的组成，采用NaF或NH4F等含有氟离子的盐来代替HF，在中性条件下制备出Ti02纳米管阵 列(PatrikSchmuki，et al， Angew. Chem. Int. Ed， 2005， 44 :2100)。前面所述的Ti02纳米管 阵列均是以薄膜的形式存在，这种薄膜形式，限制了 Ti02纳米管在环境降解污染物中的应 用，而同时通过水热方法制备的Ti02纳米管又是杂乱无序。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、无污染、成本低、高定向比的阳极 氧化法制备粉体Ti02纳米管的方法。
本发明的制备方法如下 1)钛基底的预处理将工业纯钛片切割成10-25mmX 30-50mm的钛片，将钛片先后 经过240#、400#、600#、800#、 1000#、 1500#的砂纸打磨后，用去离子水清洗，然后放置于体
积比为i : 4 : 5的氢氟酸，硝酸和去离子水混合溶液中刻蚀40秒，再经无水乙醇、去离子
水超声清洗20分钟，在N2环境下干燥。 2)配置电解液取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混合的电解 液。 3)粉体1102纳米管的制备将预处理干燥后的钛片作为阳极，以铂片作为阴 极，两极相距lcm，形成二电极系统，以0. 1-0. 3MHC104/0. l丽aCl为电解液，控制电压为
310-30V，电解时间为l-2h。反应后，将溶液离心过滤，在经过3次去离子水清洗后，放入 6(TC真空干燥箱中干燥。将干燥后的样品放入马弗炉中以2°C /min速度从室温程序升温到 480°C ，再在480°C的条件下煅烧3h，最终得到粉体Ti02纳米管。 本发明的有益效果是工艺比较简单，易于操作，同时又可应用于工业生产。制备 出的粉体Ti02纳米管高度定向生长，与水热方法制备的Ti02纳米的杂乱无序生长不同。制 备使用的原料廉价易得，无需昂贵设备。
图1是阳极氧化Ti02纳米管的顶部扫描电镜图(SEM)，放大倍数为100000倍。
图2是阳极氧化Ti02纳米管的侧面扫描电镜图(SEM)，放大倍数为100000倍。
图3是阳极氧化Ti(^纳米管的X-射线衍射图(XRD)。横坐标是两倍的衍射角 (2 ，纵坐标是衍射峰的强度(cps)。 图4中的能谱仪(EDX)表征了制备的阳极氧化Ti02纳米管的元素分布。横坐标 是强度(cps)，纵坐标是能量(KeV)。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1 将工业纯钛片切割成若干20mmX40mm大小的钛片。先后经过240#、400#、600#、 800#、 1000#、 1500#的砂纸打磨后，直至表面清洁光滑，去离子水清洗后，置于超声振荡池中
超声清洗，清洗后再浸入hf : hno3 : h2o=i : 4 : 5的混合溶液中刻蚀40秒，最后刻
蚀的钛片分别用无水乙醇溶液和去离子水超声清洗20分钟。处理后的钛片在n2环境下干 燥，备用。分别将钛片和铂片连接于直流稳压电源的正负极，以0. lMHC104/0. l丽aCl为电 解液，用铜丝做导线将两极连接在直流稳压电源上。在恒电流阳极氧化过程中，阳极氧化电 压和时间为先在0-20V下，氧化5分钟，然后电压稳定在20V，继续氧化直至lh，整个实验在 持续搅拌下进行，电解液的温度为25 。反应后，将溶液离心过滤，在经过3次去离子水清 洗后，放入6(TC真空干燥箱中干燥。将干燥后的样品放入马弗炉中以2°C /min速度从室温 程序升温到48(TC，再在48(TC的条件下煅烧3h，最终得到粉体Ti02纳米管。制得的粉体 1102纳米管的环境扫描电镜照片如图1、图2所示。可以看出二氧化钛纳米管顶部开口，排 列紧密，分布均匀，Ti02纳米管平均直径约40nm，管壁厚约15nm，管长约为240nm-320nm，管 的生长方向高度定向。X射线衍射图如图3所示，根据衍射峰对应的角度计算出晶体结构 是〈101〉晶面择优生长。通过图4的EDX表征分析，Ti02纳米管只要由Ti和0组成，C为 环境中存在的，Cu的峰为Cu基底。
实施例2 按照实施例1的本发明制备方法，只是将电解液中HC104的浓度增加到0. 2M，制得 粉体1102纳米管光催化剂。
实施例3 按照实施例1的本发明制备方法，只是将电解液中HC104的浓度增加到0. 3M，制得 粉体1102纳米管光催化剂。
实施例4 按照实施例1的本发明制备方法，只是将阳极氧化的时间增加到1. 5h，制得粉体 Ti02纳米管光催化剂。
实施例5 按照实施例1的本发明制备方法，只是将阳极氧化的电压增加到30V，制得粉体 Ti02纳米管光催化剂。
权利要求
一种高定向比粉体二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于以下步骤1)钛基底的预处理将工业纯钛片切割成10-25mm×30-50mm的钛片，将钛片先后经过240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸打磨后，用去离子水清洗，然后放置于体积比为1∶4∶5的氢氟酸，硝酸和去离子水混合溶液中刻蚀40秒，再经无水乙醇、去离子水超声清洗20分钟，在N2环境下干燥；2)配置电解液取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混合的电解液；3)粉体TiO2纳米管的制备将预处理干燥后的钛片作为阳极，以铂片作为阴极，两极相距1cm，形成二电极系统，以0.1-0.3MHClO4/0.1MNaCl为电解液，控制电压为10-30V，电解时间为1-2h；反应后，将溶液离心过滤，在经过3次去离子水清洗后，放入60℃真空干燥箱中干燥；将干燥后的样品放入马弗炉中以2℃/min速度从室温程序升温到480℃，再在480℃的条件下煅烧3h，最终得到粉体TiO2纳米管。
全文摘要
本发明为通过阳极氧化方法制备高定向比的粉体二氧化钛纳米管的制备及其应用，属于环境污染治理技术领域。催化剂制备步骤如下1)钛片经过打磨、混酸刻蚀、超声处理、干燥后备用；2)采用二电极系统，以HClO4/NaCl的混合溶液为电解液，制备粉体二氧化钛纳米管，其平均直径约40nm，管壁厚约15nm，管长约为240nm-320nm。本发明制备的粉体二氧化钛纳米管光催化剂具有操作简单、二氧化钛纳米管定向生长、性能稳定以及制备过程无其他污染物产生等优点，具有很高的实用价值和应用前景。
文档编号B82B3/00GK101746819SQ20091031114
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者曲振平, 李新勇, 石勇, 肇启东, 邹学军, 陈国华 申请人:大连理工大学