[发明专利]一种纳米线状钛酸钙及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸钙及其合成方法，具体是涉及一种纳米线状钛酸钙以及合成这种纳米线状钛酸钙的方法。

背景技术

自从碳纳米管被发现以来，一维纳米材料以其独特的结构(管状、小口径、大比表面积)和广阔的应用前景(光电、传感、催化、单电子晶体管、分子吸管、复合材料)激起了科学家们极大的研究兴趣。一维纳米材料的合成、表征以及应用已经成为纳米材料领域中一个重要的研究方向，其中具代表性的一类纳米材料是一维钛酸盐类纳米材料，它已于1996年Hoyer和Patrick[Langmuir，1996，12：1411-1413]采用多孔阳极氧化铝模板法首先制得二氧化钛纳米管，随后，Kasuga T等[Langmuir，1998，14(12)：3160-3163]于1998年采用水热法合成出质子化的钛酸盐纳米管。

目前，一维纳米材料钛酸盐的合成方法主要有模板法、阳极氧化法、水热法。模板法是获得有序纳米结构最为有效的方法之一，但是这种方法不仅模板合成工艺复杂，所得纳米管的管径大、管壁厚、比表面积小，而且管的孔径受模板孔径和形貌的限制，为了使生成物能较好地吸附于模板，对模板表面的清洁度要求也极高，并且每次实验后模板都会破坏，无法重复使用，导致材料的合成成本太高，难以进行大规模工业生产。阳极氧化法是将纯钛片在电解溶液中经阳极氧化而获得不同形貌和晶化度的一维TiO₂纳米材料，在整个过程中电压和电解溶液影响着纳米管的形貌和尺寸，而电解溶液影响因素较多，不容易调配，从而限制了其大规模生产。采用水热法合成钛酸盐一维纳米材料，不仅合成的一维纳米材料形貌完整、管径小、管壁薄、比表面积大，而且具有原料来源丰富、工艺简单、成本低等优点，因而成为目前研究的热点。

作为钙钛矿的钛酸盐产品种类繁多，按其组成可分为碱金属钛酸盐、碱土金属钛酸盐、稀土金属钛酸盐等。碱土金属钛酸盐MTiO₃(M＝Ca，Sr，Ba)有着独特的电学、光学和化学性能，已在许多技术应用领域引起了人们的极大兴趣。虽然我国钛资源丰富，蕴藏量为世界之首，为我国钛酸盐工业的发展创造了有利条件，但是我国在研究和开发钛酸盐类产品与发达国家相比还很落后，这与我国这样一个钛资源大国极不相称，因此对钛酸盐产品的开发研究显得极为迫切。基于上述原因，我们提出了一种纳米线状钛酸钙的合成方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种纳米线状钛酸钙的合成方法，以及通过本发明的合成方法制备的纳米线状钛酸钙。

本发明公开的纳米线状钛酸钙的合成方法，包括以下步骤：

a)将钛白粉与一定浓度的强碱溶液搅拌下，一定温度水热反应一定时间，生成白色沉淀，将白色沉淀水洗至中性或接近中性，得白色沉淀；

b)在适当温度条件下，向步骤a制得的白色沉淀中加入一定浓度的可溶性钙盐溶液，加入的可溶性钙盐的量按Ca/Ti摩尔比略大于1计算，一定pH下，搅拌下离子交换反应一定时间，得白色的钛酸钙沉淀；

c)将所得的白色的钛酸钙沉淀洗涤至无杂质离子，且呈中性后，干燥、适当温度焙烧一定时间、冷却后得纳米线状钛酸钙。

上述步骤a中钛白粉为化学纯或者是分析纯，优选分析纯。强碱为氢氧化钠或者氢氧化钾，优选氢氧化钠。

上述步骤a中强碱溶液的浓度为5～15mol/L，优选8～12mol/L。

上述步骤a中水热反应的温度为150～250℃，优选160～220℃。

热反应的时间为15～72h，优选24～48h。

上述步骤b中可溶性钙盐选自CaCl₂、Ca(NO₃)₂、Ca(AC)₂中的任意一种，优选CaCl₂或者Ca(NO₃)₂。可溶性钙盐溶液的浓度为10～50g/L，优选20～30g/L。上述步骤b中离子交换反应的pH值为5.0～8.5，优选5.5～7.5。离子交换反应的温度为30～100℃，优选50～80℃。离子交换反应的时间为60～300min，优选120～240min。

上述步骤c中焙烧温度为350～800℃，优选450～750℃。焙烧时间为120～360min，优选180～240min。

与现有技术相比，上述所公开的方法有以下优点：

本发明的突出优点之一在于选取原料易得，价格便宜的钛白粉为钛源，避免使用价格昂贵的可溶性的钛源为原料，从而大大降低了合成成本。