[发明专利]钛酸钠纳米管的截断方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，涉及一种以重金属离子的吸附-脱附为技术手段截断钛酸钠纳米管的方法。

背景技术

钛酸钠纳米管具有比表面积大、中空孔道、层状以及分布在层间的可交换钠离子等结构特征，广泛地用作催化剂、太阳能电池、传感器件、离子交换材料以及锂离子电池材料等，因此钛酸钠纳米管的制备研究吸引了人们极大的关注。T.Kasugu采用水热技术简易地制得了钛酸钠/钛酸钠米管(United States Patent Number 6,537,517；Langmuir 1998，14，3160；Adv.Mater.1999，11，1307)，金振声等使用微波辅助加热方法制得了钛酸钠/钛酸纳米管(CN100384742C)。然而上述所得的钛酸钠/钛酸纳米管产品的长度很长，且无序缭绕，因而难以分散，这对它们的应用带来很大的限制。Bavykin等采用超声的方法截断钛酸纳米管(不是钛酸钠)(J.Phys.Chem.C 2007，111，14644)，但所得的钛酸纳米管长度不够均匀，且最小长度超过100nm。

发明内容

本发明目的是针对现有技术不足，提供一种钛酸钠纳米管的截断方法。

本发明方法是利用重金属离子吸附-脱附的技术手段实现的，实现该方法的具体步骤是：

步骤(1)将钛酸钠纳米管分散在浓度为5×10^-4～1×10^-1M的可溶性重金属盐水溶液中，常温下搅拌5～24小时，钛酸钠纳米管吸附可溶性重金属盐水溶液中的重金属离子；可溶性重金属盐水溶液与钛酸钠纳米管的体积重量比为1～3L∶1g；

所述的可溶性重金属盐为硝酸盐、氯化盐或硫酸盐中的一种盐或多种盐的混合物；所述的重金属为铅、铜、钙、镁、铋、锌、钴中的一种或多种。

步骤(2)将吸附了重金属离子的钛酸钠纳米管沉淀分离、洗涤、干燥，然后分散在乙二胺四乙酸二钠饱和水溶液中得到混合溶液，混合溶液在常温下搅拌5～24小时，脱除钛酸钠纳米管中吸附的重金属离子；乙二胺四乙酸二钠饱和水溶液与钛酸钠纳米管的体积重量比为1～3L∶1g；

步骤(3)将步骤(2)中的混合溶液离心分离后得到钛酸钠纳米管沉淀，洗涤、干燥得到截断的钛酸钠纳米管。

本发明方法将钛酸钠纳米管分散于水溶性的重金属盐中，吸附重金属离子，引起纳米管结构变化而发生断裂。而钛酸钠纳米管中吸附的重金属离子可用络合试剂乙二胺四乙酸二钠脱除。通过改变水溶性重金属盐的浓度，截断的纳米管的长度可调节并且均匀。水溶性重金属离子的浓度越高，截断后的纳米管的长度越短。

本发明所具有的有益效果是：

(1)截断的钛酸钠纳米管的长度均匀；

(2)截断所得到钛酸钠纳米管的长度最短可达到20nm。

(3)通过改变水溶性重金属盐的浓度，截断的纳米管的长度可调节。水溶性重金属离子的浓度越高，截断后的纳米管的长度越短。

具体实施方式

实施例1：

2g钛酸钠纳米管分散于6L硝酸铅水溶液中，硝酸铅的浓度为5×10^-4M，常温下搅拌24小时，钛酸钠纳米管吸附水溶液中的铅离子。搅拌结束后将吸附了铅离子的钛酸钠纳米管沉淀分离、洗涤、干燥，然后分散在6L的饱和的乙二胺四乙酸二钠的水溶液中得到混合溶液，混合溶液在常温下搅拌24小时，脱除钛酸钠纳米管中吸附的铅离子；随后将混合溶液离心分离，得到钛酸钠纳米管沉淀，洗涤干燥得到截断的钛酸钠纳米管。

实施例2：

2g钛酸钠纳米管分散于2L氯化钙水溶液中，氯化钙水溶液的浓度为1×10^-1M，常温下搅拌5小时，钛酸钠纳米管吸附水溶液中的钙离子。搅拌结束后将吸附了钙离子的钛酸钠纳米管沉淀分离、洗涤、干燥，然后分散在2L的饱和的乙二胺四乙酸二钠的水溶液中得到混合溶液，混合溶液在常温下搅拌5小时，脱除钛酸钠纳米管中吸附的钙离子；随后将混合溶液离心分离，得到钛酸钠纳米管沉淀，洗涤干燥得到截断的钛酸钠纳米管。

实施例3：

2g钛酸钠纳米管分散于4L硫酸铜水溶液中，硫酸铜水溶液的浓度为5×10^-2M，常温下搅拌12小时，钛酸钠纳米管吸附水溶液中的铜离子。搅拌结束后将吸附了铜离子的钛酸钠纳米管沉淀分离、洗涤、干燥，然后分散在4L的饱和的乙二胺四乙酸二钠的水溶液中溶得到混合溶液，混合溶液在常温下搅拌12小时，脱除钛酸钠纳米管中吸附的铜离子；随后将混合溶液离心分离，得到钛酸钠纳米管沉淀，洗涤干燥得到截断的钛酸钠纳米管。

实施例4：