[发明专利]一种超长钛酸微纳米管的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸微纳米管领域，特别是涉及一种超长钛酸微纳米管的制备方法及其用途，并进一步涉及所述超长钛酸微纳米管的制备方法所制备的钛酸微纳米管。

背景技术

纳米二氧化钛存在于多种形态，其中纳米管因其具有较大比表面积和更强的吸附能力而备受关注。目前制备二氧化钛纳米管的方法主要有溶胶凝胶法、水热法、模板法和阳极氧化法。其中，模板法合成的纳米管大小取决于模板的尺寸和形状，难以合成小尺寸小口径的纳米管，同时加工工艺困难，后续工作复杂繁冗，难以实现大规模制备；阳极氧化法一般制备得到的管径较大，管长短，其次所得纳米管一般为单端开口。而水热法所制纳米管管径均匀，产率高，同时操作简单，成本低廉，是最有望应用于工业生产的制备方法。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CN103693681A的专利使用水热合成法制备超长钛酸盐微纳米管。其所制备的钛酸微纳米管，长度在1μm～10μm，直径约为10-30nm，长径比(长度/直径)为33.3～1000。超长纳米管分散性好，并能与卷烟过滤嘴中的醋酸纤维混合交联，在一定程度上解决了卷烟过滤嘴中添加的纳米粉体因脱落而被吸入人体的问题。该专利进一步以超长钛酸盐微纳米管作为卷烟过滤嘴中的吸附材料，实验结果表明其可有效降低卷烟主流烟气中焦油、一氧化碳和氨的释放量。

为了满足实际生产需求，特别是规模生产过程中，材料制备一般应力求后处理简单快捷以保证较高的生产效率。公开号为CN103693681A的专利中使用的制备方法，在洗涤水热反应后的产物至中性过程中，因产物带大量负电荷而形成稳定的乳浊液，抽滤过程中容易堵塞砂芯漏斗而导致需耗费大量时间和能源。本发明采用简单的方法包括用热的氯化钠溶液可破坏因静电相互排斥产生的乳浊液，在不影响最终钛酸盐纳米管形态的前提下，大大提高了反应后处理效率，可为大规模生产超长钛酸盐纳米管提供有效的途径。

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超长钛酸微纳米管的制备方法及其用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种超长钛酸微纳米管的制备方法，本发明以纳米二氧化钛为原料，在强碱介质中进行水热反应，之后固液分离得到的固体，再次浸泡于盐酸或硝酸水溶液中酸化得到管状微纳米钛酸盐，具体包括如下步骤：

(1)将TiO₂粉末与NaOH水溶液按一定比例混合均匀，获得相对稳定悬浊液，所述NaOH与TiO₂的摩尔比为20～100：1；

(2)将步骤(1)获得的混合悬浊液移入高压釜中，密闭，在100～200℃的温度下搅拌进行水热反应；

(3)将步骤(2)所得反应产物固液分离，固相洗涤至中性；

(4)将步骤(3)所得产物在盐酸或硝酸水溶液中浸泡，固液分离、烘干，即得所述钛酸微纳米管。

优选的，所述步骤(1)中，NaOH水溶液的浓度为9.6-10.4M。

优选的，所述步骤(1)中，所述NaOH与TiO₂的摩尔比为38-42：1。

所述NaOH与TiO₂的摩尔比具体指水溶液中所含的NaOH与TiO₂的摩尔比。

优选的，所述步骤(2)中，水热反应的时间为12～36h。

水热反应时，本领域技术人员可根据经验，调整高压釜中反应液的量，并对反应液进行适当搅拌。一般情况下，反应液的体积占高压釜容积的50％～80％，搅拌速度为200～500r/min。

优选的，所述步骤(3)中，使用蒸馏水或NaCl水溶液将固相洗涤至中性。

更优选的，所述步骤(3)中使用NaCl水溶液将固相洗涤至中性，NaCl可以为室温，进一步优选的，NaCl水溶液的温度为65-75℃。

在整个制备过程中，可以使用本领域各种常规技术进行固液分离，步骤(3)中优选的固液分离方式为抽滤或离心，步骤(4)中优选的固液分离方式为抽滤。

更优选的，所述NaCl水溶液的质量百分比浓度为4.5-5.5％。

优选的，所述步骤(4)中，盐酸或硝酸水溶液的pH值为0.01～3，浸泡的时间长度为12～36h。