[发明专利]一种超长钛酸微纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超长钛酸微纳米管的制备方法，特别是涉及一种以二氧化钛和氢氧化钠为原料，在较低的温度以及适当的搅拌速度下进行水热反应来获得超长钛酸微纳米管的方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

众所周知，钛酸盐纳米管材料在锂电池电极材料、催化剂或催化剂载体、离子交换材料等领域具有很大的发展潜力。传统的钛酸盐纳米管的制备方法有模板法、烧结法、水热法、低温回流法。其中，模板法产率低、处理过程繁琐；烧结法得到的产品粗而短，长径比小，而且要求温度很高，条件苛刻；低温回流法产品性能好，但是反应时间太长，不适合工业化生产。而水热法生产成本低，操作过程简单。1998年，Kasuga等报道了关于水热法合成钛酸纳米管的开创性工作，制备过程是将TiO₂粉末和NaOH溶液混合并在一定温度下进行水热处理，获得的纳米管的管径约为10nm左右，比表面积约为400m²g^-1。

公开号为CN1789141A的专利使用微波辐射作为加热源制备管状结构的钛酸钠和钛酸。含钛化合物和强碱溶液混合，在微波炉中加热回流10分钟-20小时，将反应后混合溶液沉降、洗涤至pH为6-8、分离，得到纳米管状钛酸钠，随后在强酸溶液中浸泡得到管状钛酸。欧洲专利（专利号08250962.1）使用了一连续反应器装置来制备纳米管，简单步骤为将原料TiO₂和NaOH液体混合物置入填料罐中，通过对反应器用循环的热油和通入的热气流进行加热，液体混合物随着反应的一步步进行，在收集罐中得到白色沉淀，随后酸洗，洗涤，烘干得到钛酸纳米管。美国专利（专利号0078726）公开了一种在惰性，氧化或还原气氛下热动力处理纳米钛酸盐得到一种正斜方结构的TiO_2-X，它以纳米线、纳米棒、纳米管的形成存在，这也是一个热力学稳定的氢化或水化的过程。以上制备方法，所使用的实验装置复杂，实验条件需严格控制。

在实际生产中，为了提高效益，力求在低成本条件下开发出高质量产品。本发明采用低温水热法，即在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过一种简单方便的加热设备将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），以在反应体系中产生高压环境，并以适当的速度进行搅拌，制备超长钛酸微纳米管。所获得的钛酸微纳米管形貌分散性好，且长度约为1-10um，直径约为10-30nm，长径比（长度/直径）为33.3～1000，大大提高了比表面积，优化了吸附性能，能够有效降低卷烟主流烟气中焦油、一氧化碳和氨的释放量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用低温水热法来制备超长钛酸微纳米管的方法，即可以在较低的温度和适当的搅拌条件下，大量合成超长钛酸微纳米管。该方法所用设备简单，成本低，易于规模化生产，绿色环保无污染。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的超长钛酸微纳米管可采用低温水热法制备。

具体的，可包括下列步骤：

1）将TiO₂粉末与浓度为9～11M的NaOH水溶液混合均匀获得混合溶液，所述NaOH与TiO₂的摩尔比为3.6～704：1；

2）将步骤1）获得的混合溶液移入高压釜中，密闭，在100～200℃的温度和一定的搅拌速度下水热反应12～72h；

3）过滤分离产物，洗涤产物至中性；

4)产物在pH为0.01～3的盐酸或硝酸溶液中浸泡12～72h，抽滤、烘干，得到钛酸微纳米管。

较佳的，步骤2）中，所述混合溶液的体积占所述高压釜容积的50%-80%。

较佳的，步骤2）中，所述搅拌速度为10～30r/min。

较佳的，步骤3）中，可用蒸馏水洗涤产物至中性。

采用上述方法制备得到的一种超长钛酸微纳米管长度为1μm-10μm，直径约为10-30nm，长径比约为33.3-1000。

本发明的超长钛酸微纳米管可用作卷烟过滤嘴中的吸附材料，去除卷烟烟气中的有害物质。

如上所述，本发明的一种超长钛酸微纳米管的制备方法，是以二氧化钛和氢氧化钠为原料，在水溶液中不加入其它添加剂，采用低温搅拌水热法来制备超长钛酸微纳米管。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：