[发明专利]一种二氧化钛纳米管的制备与掺银方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料和光催化技术的应用领域，特别是涉及采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，并后续使用光化学还原法加载金属银。

背景技术

随着人们生活水平的提高，洁净卫生的生活环境逐渐成为人们追求的目标。在这种形势之下，如何有效的抑制有害细菌的生长、繁殖，或者彻底的杀灭有害细菌这一课题，越来越受到世人的关注。

银是较为常见也是相对较为廉价的一种贵金属，由于其具有优异的物理和化学性质，使之成为物理、化学、材料等科学领域研究的热点，同时也得到了广泛的应用。二氧化钛作为一种重要的无机材料，在工业领域有着广泛的应用。相对于二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米管具有更大的比表面积、独特的表面区域和孔体积，从而表现出独特的物理和化学性质。二氧化钛纳米材料具有对人体安全无毒，对皮肤没有刺激性；光催化活性高，抗菌能力强，抗菌范围广；无异味，热稳定性好，低成本和来源容易等特点。

常用的制备二氧化钛纳米管的方法有模板法、阳极氧化法和水热法。模板法可以制备有序的二氧化钛纳米管，但是其工艺复杂，生产率比较低，成本高并且制得的纳米管管径较大（100nm），管壁较厚（10nm）。水热法制备出的钛纳米管有序度低。阳极氧化是在钛基片上生长二氧化钛纳米管，制备工艺简单，通过调节氧化电压，电解液浓度等参数可以很容易控制管长、管径、结构，并且制备出的二氧化钛纳米管具有高度有序等优点。所以本发明用阳极氧化法来制备二氧化钛纳米管。

制备纳米银的方法有化学还原法、微乳液法、电化学法、光还原法、激光消融法、种子媒介法、化学气相沉积法、超临界流体法等，化学还原法所用还原剂（如水合肼、硼氢化钠等）有毒，且制得的粒径分布不均匀；化学气相沉积法、超临界流体法、激光消融法对设备要求高；微乳液法、种子媒介法制备过程繁琐；电化学制备速度慢且必须加高浓度的保护剂，并有较多的大粒径的银粒子在阴极沉积，使得制备纳米银的成本增加。故本发明采用的是光化学还原法来掺杂纳米银颗粒在二氧化钛纳米管上。

发明内容

本发明专利的目的在于供一种二氧化钛纳米管的制备与掺银方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，

配置氟化铵、水、乙二醇的混合溶液（质量比为3:5:92），500ml作为电解液;

步骤二，

以钛片作为阳极，高纯度（99.99%）石墨片作为阴电极，阳极氧化前用去离子水和乙醇、丙酮超声清洗并干燥，阴阳电极之间的距离为2cm，用500m1塑料烧杯作为电解液容器，装入步骤一所制得的电解液，将稳压稳流电源连接好，在室温条件下进行阳极氧化，所采用的电压为60V，氧化时间1h，氧化完毕取出钛片用去离子水和乙醇清洗干净，室温空气下干燥，制得二氧化钛纳米管。

步骤三，

将步骤二所制得的纳米管置于程控箱式电炉中在空气氛围下450℃恒温退火2h，升温速率为2.5℃/min。

步骤四，

将步骤三退火后的TiO₂纳米管浸入200ml，0-0.04mol/L的AgNO₃溶液中，并用超声波振荡器超声30min，然后取出室温干燥。

步骤五，

将步骤四所制得的样品浸入200ml，0.1mol/L的甲醇溶液中，于12W紫外灯下照射，光照时间为30min，使Ag⁺经光化学还原为金属Ag，即得掺银的二氧化钛纳米管，所述紫外灯的波长为256nm。

步骤二制得的二氧化钛纳米管在干燥后于450℃处理2小时，使非晶的二氧化钛纳米管转变为锐钛矿纳米管。

混合电解液的配置。氟化铵、水、乙二醇的混合溶液（质量比为3:5:92）。

步骤四中二氧化钛纳米管分别浸入的AgNO₃溶液的浓度可以是0.012mol/L、0.020mol/L、0.028mol/L或者0.040mol/L。

有益效果：

在二氧化钛纳米管表面沉积贵金属粒子，对光催化效率有较为明显的改善。能够提供其光电活性，提高TiO₂的光电子效率。

抗菌能力，相对于其他贵金属来说，银的价格相对便宜、毒性小并且效果也很好。银是一种广谱抗菌剂，有着非常好的抗菌效率，一种抗生毒平均能杀死6种致病生物菌，而银能杀死650种，并能有效控制顽抗菌株。银的稳定性好，没有细胞毒性。银对目前所知的几乎所有细菌和胞外病毒都能产生抑制作用，银离子对人体无害，不会产生任何副作用。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：