专利名称：一种利用植物纤维合成碳化钛纳米线的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用植物纤维合成碳化钛纳米线的方法。
背景技术：
碳化钛是具有金属光泽的铁灰色晶体，弱磁性。也具有类似金属的一些特性，高熔 点(3450°C)，高沸点(4300°C)，硬度仅次于金刚石，有良好的导热和导电性，导电性随温度 的升高而降低，在1. 1K时表现出超导性。它的热硬度高，摩擦系数小，热分率低等特点使得 TiC制成的刀具比用其它材料制成的具有更高的切削速度和更长的使用寿命。因为TiC的 硬度很大，故是硬质合金的重要原料。另外，它的极高的硬度还可以做轴承、喷管等抗磨零 部件。TiC的熔点高、蒸气压低、逸出功小，故可作高温辐射材料以及其他高温电真空器件。 目前国内外有关碳化钛纳米线的合成技术非常有限而单一，而且成本较高。如Tomitsugu Taguchi 等 人(Tomitsugu Taguchi， * HiroyukiYamamoto, and Shin-ichi Shamoto。 Synthesis and Characterization ofSingle—Phase TiC Nanotubes， TiC Nanowires, and Carbon NanotubesEquipped with TiC Nanoparticles. J. Phys. Chem，2007，111， 18888-18891)公开了一种碳化钛纳米线的制备方法，是以碳纳米管为模板，通过加热碳纳 米管与钛粉的混合物，获得了碳化钛纳米线，碳化钛纳米管，和装饰着碳化钛颗粒的碳纳米 管。但是该制备方法以碳纳米管为原料，生产成本较高，不适于工业化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种低成本、适于工业化生产的合成碳化钛纳 米线的方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种利用天然植物纤维合成碳化钛纳米线的方法，是以净化处理过的天然植物纤 维为碳源及模板，以钛粉、二氧化钛或钛片中的一种或任意几种的组合为钛源，以金属Fe、 Co、Ni、Cu或La为催化剂，以氯化钠为助熔剂，控制净化处理过的天然植物纤维、钛源、氯化 钠及金属催化剂的投料重量比为1 1.5 12 0.05 2 0.5 1.5，首先通过浸渍法 使得钛源、氯化钠和金属催化剂对应的金属离子吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即 得吸附有氯化钠、钛源及金属离子的天然植物纤维，吸附有钛源、氯化钠及金属离子的天然 植物纤维在化学惰性气体保护下于900 1600°C反应1 4小时，即得到所述的碳化钛纳 米线。本发明所述天然植物纤维可选自阔叶木纤维、针叶木纤维、竹纤维、麻纤维或棉纤 维。所述的天然植物纤维可采用常规方法进行净化处理，比如可通过如下方法进行净化处 理将天然植物纤维放入水、乙醇水溶液或丙酮等溶剂中进行超声波净化处理，处理时间推 荐为0.5小时。本发明优选所述净化处理过的天然植物纤维、钛源、氯化钠及金属催化剂的投料 重量比为1 5 10 0.1 1.5 0.8 1.2。
本发明在浸渍时，所述的金属催化剂以金属的可溶性硝酸盐或盐酸盐的形式加入 反应体系。所述的浸渍法具体如下将金属的可溶性硝酸盐或盐酸盐、氯化钠以及钛源均勻 分散于去离子水或乙醇中，搅拌0. 5 1小时后加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1 5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即得到吸附有钛源、氯化钠及金属离子的天然 植物纤维。本发明所述的化学惰性气体指在本发明反应条件下，不与反应体系发生作用的气 体，故其不仅仅指通常意义上的惰性气体，本发明优选氩气或氮气。本发明推荐所述的合成方法具体按照如下步骤进行将氯化钠、金属的可溶性硝 酸盐或盐酸盐以及钛源均勻分散于去离子水或乙醇中，搅拌0. 5 1小时后加入净化处理 过的天然植物纤维，浸泡1 5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即得到吸附有氯 化钠、钛源及金属离子的天然植物纤维，将其置于900 1600°C的固定床反应炉中，在化学 惰性气体保护下反应1 4小时，即得到所述的碳化钛纳米线。与现有技术相比，本发明充分利用了低成本的天然植物纤维同时作为模板及碳 源，方法简单，成本低廉，易实现产业化。
图1是本发明所得到产品的扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限 于此。本发明实施例中使用的天然植物纤维采用如下方法进行净化处理将天然植物纤 维放入乙醇溶液(体积比乙醇水=1 1)中进行超声波净化处理，处理时间为0. 5小时。实施例1首先将0. 319g六水硝酸镍及0. 491g 二氧化钛粉和0. 08g氯化钠均勻分散于20ml 去离子水中，搅拌30分钟，加入0. 0657g净化处理过的棉纤维。浸泡1小时后将棉纤维与溶 液分离，置于温度为80°C的烘箱中将其烘干。将烘干后的竹纤维置于温度为1300°C的高温 固定床反应炉中，通入流量为300sCCm的氩气作为保护气体，反应1小时后得到最终产物， 为大量碳化钛纳米线(见图1)。实施例2首先将0. 608g九水硝酸铁及0. 177g钛粉和0. 296g 二氧化钛粉末和0. 06g氯化 钠均勻分散于15ml去离子水中，搅拌30分钟，后加入0. 088g净化处理过的麻纤维。浸泡 1小时后将棉纤维与溶液分离，置于温度为80°C的烘箱中将其烘干。将烘干后的棉纤维置 于温度为1350°C的高温固定床反应炉中，通入流量为300sCCm的氩气作为保护气体，反应2 小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。实施例3首先将0. 461g六水硝酸镍、0. 355g 二氧化钛粉末和0. 213g钛粉以及0. 09g氯化 钠均勻分散于20ml去离子水中，搅拌45分钟，后加入0. 095g净化处理过的阔叶木木纤维。浸泡1小时后将阔叶木木纤维与溶液分离，置于温度为80°C的烘箱中将其烘干。将烘干后 的阔叶木木纤维置于温度为1300°C的高温固定床反应炉中，通入流量为300sCCm的氩气作 为保护气体，反应1. 5小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。实施例4首先将2. 782g六水硝酸镍及2. 142g 二氧化钛粉末和1. 285钛粉末和0. lg氯化 钠均勻分散于60ml无水乙醇中，搅拌45分钟，后加入0. 574g净化处理过的针叶木木纤维。 浸泡1小时后将针叶木木纤维与溶液分离，置于温度为80°C的烘箱中将其烘干。将烘干后 的竹纤维置于温度为1300°C的高温固定床反应炉中，通入流量为500sCCm的氮气作为保护 气体，反应2小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。
权利要求
一种利用天然植物纤维合成碳化钛纳米线的方法，是以净化处理过的天然植物纤维为碳源及模板，以钛粉、二氧化钛或钛片中的一种或任意几种的组合为钛源，以金属Fe、Co、Ni、Cu、或La为催化剂，以氯化钠为助熔剂，控制净化处理过的天然植物纤维、钛源、氯化钠及金属催化剂的投料重量比为1∶1.5～12∶0.05～2∶0.5～1.5，首先通过浸渍法使得钛源、氯化钠和金属催化剂对应的金属离子吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即得吸附有钛源及金属离子的天然植物纤维，吸附有钛源及金属离子的天然植物纤维在化学惰性气体保护下于900～1600℃反应1～4小时，即得到所述的碳化钛纳米线。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述天然植物纤维为阔叶木木纤维、 针叶木木纤维、竹纤维、麻纤维或棉纤维。
3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于所述天然植物纤维通过如下方法 进行净化处理将天然植物纤维放入水、乙醇水溶液或丙酮中进行超声波净化处理。
4.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于在浸渍时，所述的金属催化剂以金 属的可溶性硝酸盐或盐酸盐的形式加入反应体系。
5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于所述的浸渍法具体如下将氯化钠、金 属的可溶性硝酸盐或盐酸盐以及钛源均勻分散于去离子水或乙醇中，搅拌0. 5 1小时后 加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1 5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即 得到吸附有钛源及金属离子的天然植物纤维。
6.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于所述的化学惰性气体为氩气或氮气。
7.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于所述净化处理过的天然植物纤维、 钛源、氯化钠及金属催化剂的投料重量比为1 5 10 0. 1 1. 5 0. 8 1. 2。
8.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于所述的合成方法具体按照如下步 骤进行将氯化钠、金属的可溶性硝酸盐或盐酸盐以及钛源均勻分散于去离子水或乙醇中， 搅拌0. 5 1小时后加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1 5小时后将天然植物纤维与 溶液分离，干燥后即得到吸附有钛源、氯化钠及金属离子的天然植物纤维，将其置于900 1600°C的固定床反应炉中，在化学惰性气体保护下反应1 4小时，即得到所述的碳化钛纳 米线。
全文摘要
本发明公开了一种利用天然植物纤维合成碳化钛纳米线的方法，该方法是以净化处理过的天然植物纤维为碳源及模板，以钛粉、二氧化钛或钛片中的一种或任意几种为钛源，以金属Fe、Co、Ni、Cu、或La为催化剂，以氯化钠为助熔剂，首先通过浸渍法使得氯化钠、钛源和金属催化剂对应的金属离子吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即得吸附有钛源及氯化钠、金属离子的天然植物纤维，吸附有钛源、氯化钠及金属离子的天然植物纤维在化学惰性气体保护下于900～1600℃反应1～4小时，即得到所述的碳化钛纳米线。本发明充分利用了低成本的天然植物纤维同时作为模板及碳源，方法简单，成本低廉，易实现产业化。
文档编号C01B31/30GK101850968SQ20101010922
公开日2010年10月6日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者张文魁, 李奕坪, 甘永平, 陶新永, 黄辉 申请人:浙江工业大学