[发明专利]一种二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，更具体地，涉及一种二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

锰的氧化物和氢氧化物是一类重要的功能材料，在电池的正极材料、离子交换剂、催化剂、脱硫和除去水中可溶性铁、锰等领域有着广泛的应用。近年来的研究表明，各种合成及天然的锰的氧化物和氢氧化物均具有很强的吸附去除能力，另外它们还具有孔道效应、催化效应、氧化还原效应以及纳米效应等。因此，作为一类有重要应用前景的新型环境材料引起了人们的关注和强烈的研究兴趣。TiO₂由于具有优越的光催化氧化能力，能使染料、农药、烃类、酚类等生物难降解的工业废水降解为无毒的化合物，消除其对环境的污染。利用它作催化剂降解有机废水的研究更是得到了人们的重视，但粉末状光催化剂难于回收，所以，负载型光催化剂以其独特的优点日益受到人们的关注。

半导体复合，本质上是指两种或两种以上物质在纳米尺度上以某种方式结合在一起形成复合粒子，复合的结果使其在光化学、光物理方面的性质都会发生很大的改变。复合的意义主要有以下三个方面：1、复合具有不同的能带结构的半导体，可以利用具有窄带隙的半导体来敏化宽带隙的半导体；2、两种半导体之间的能级差导致光生载流子可由一种半导体的能级注入到另一种半导体的能级上，从而电荷可以有效长期分离；3、金属离子的不同配位及电荷不同而产生过剩电荷，也会增加半导体俘获质子或电子的能力。所以，复合半导体几乎都表现出高于单一半导体的光催化活性。

复合材料的制备方法常见有：溶胶-凝胶法、固相法、电化学沉积法、微乳法、水热法、模板法等。模板法是利用形状容易控制、具有特殊纳米结构的物质作为模板，然后通过物理或化学方法把目标材料沉积到模板的表面或孔中，再除去模板而得到高度有序纳米材料的合成方法；水热法是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下发生的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为：水热沉淀、水热氧化、水热还原、水热水解、水热合成、水热结晶等。现有技术中制备得到的二氧化钛和二氧化锰的纳米复合材料存在反应温度高、反应周期长，所得产物的形貌不均一、稳定性差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料的制备方法。

本发明的第二个目的是通过所述方法获得的二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料。

本发明的第三个目的是提供所述二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氯酸钾、硫酸亚锰和硝酸在连续搅拌下混合均匀形成溶液A，溶液A中氯酸钾的浓度为0.01～2M，硫酸亚锰的浓度为0.01～1M，硝酸的浓度为0.2～10M；

（2）将溶液A转入反应釜，将二氧化钛纳米管阵列或者钛片置于放入反应釜内，密封状态下在110～170 ℃下反应0.5～24h，冷却至室温，取出反应后的二氧化钛纳米管阵列或者钛片，清洗、干燥后即得二氧化钛和二氧化锰纳米复合材料。

本发明通过改变氯酸钾、硫酸亚锰和硝酸的浓度，反应温度和反应时间等来调节复合材料的形貌、大小、尺寸、长径比、比表面积等参数，最终获得形貌均一，稳定性佳的复合材料。

优选地，所述钛片的纯度为95%以上，钛片的长宽和厚度不受太大限制，但长宽和厚度不宜太大，以方便剪裁钛片和有利于放入聚四氟乙烯内衬为宜。

优选地，步骤（2）所述二氧化钛纳米管阵列的制备方法包括以下步骤：

S1. 以乙二醇/丙三醇、氟化物、水混合得到电解液；或者以氢氟酸水溶液为电解液；再或者以稀酸和氟化物混合得到电解液；

S2. 将钛片置于电解液中，钛片作为阳极，于1～100V电解0.5～24小时，收集电解后的钛片，清洗、干燥后于450～520 ℃煅烧1～4 h，即得二氧化钛纳米管阵列。

优选地，S1所述乙二醇/丙三醇、氟化物、水的混合摩尔比为9.98～13.07：2.09～14.75：0.06～2.15。

优选地，S1所述氢氟酸水溶液的浓度为0.05～1.50 mol/L。

优选地，S1所述稀酸与氟化物的混合摩尔比为0.05～3.0：0.03～1.4。