一種納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮化鈦納米材料的制備方法，屬于無機納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】。首先以自然纖維素物質(zhì)為模板，以鈦酸四丁酯為鈦前軀體，制備了與纖維素物質(zhì)具有相似微觀形貌和階層結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管，然后使用金屬鎂作還原劑，在高溫（1100℃-1300℃）管式爐中通過鎂熱還原的方法制備得到具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的TiN納米材料。利用本發(fā)明制備的TiN納米材料具有復(fù)雜的三維連通孔道結(jié)構(gòu)、厚度均勻的管壁、較高的比表面積和孔體積，因此這種具有復(fù)雜的三維連通孔道結(jié)構(gòu)的TiN納米材料有望在催化和吸附分離領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種納米材料的制備方法
[0001]本發(fā)明申請是申請?zhí)?01210241535.9、申請日2012年07月12日，發(fā)明名稱“一種具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的氮化鈦納米材料及制備方法”的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，具體涉及一種氮化鈦納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】[0003]氮化鈦(TiN)是一種過渡金屬氮化物，具有B1- NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如高硬度，高熔點，優(yōu)良的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和耐腐蝕性，以及高的化學(xué)穩(wěn)定性，在工程應(yīng)用方面具有重要的應(yīng)用價值，因此受到研究者的極大關(guān)注。然而關(guān)于三維氮化物納米材料的研究卻很少，所得材料微觀結(jié)構(gòu)和形貌的單一性限制了其在工業(yè)和工程【技術(shù)領(lǐng)域】的應(yīng)用。因此，研究開發(fā)新型的具有三維結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形貌的TiN納米材料以滿足實際生產(chǎn)和生活的迫切需求勢在必行。
[0004]作為生物模板重要一員的自然纖維素物質(zhì)，在自然界分布最為豐富，具有獨特而復(fù)雜的三維階層結(jié)構(gòu)，應(yīng)用自然纖維素物質(zhì)為模板和骨架制備具有多層次結(jié)構(gòu)和形貌的功能材料，是一條制備功能材料的簡便、低成本和環(huán)保的合成捷徑。鎂熱還原法是利用金屬鎂還原活性較弱金屬的化合物來制取金屬單質(zhì)或其合金的過程，反應(yīng)過程簡單，中間產(chǎn)物氧化鎂只需通過簡單的酸處理即可除去。中國發(fā)明專利CN 101357762A、CN 101348242A和CN 102259858分別詳細介紹了使用鎂熱還原法制備碳化鋯粉末、氮化硼納米管和多孔單質(zhì)硅的方法。目前，鎂熱還原法在材料制備領(lǐng)域具有很重要的地位。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的納米材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明方法具體包括以下步驟，一種具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的氮化鈦納米材料的制備方法:
(1)攪拌狀態(tài)下依次將36%的濃鹽酸和鈦酸四丁酯加入到有機溶劑中，持續(xù)攪拌3h制得二氧化鈦溶膠。其中，原料遵循鈦酸四丁酯:濃HCl:有機溶劑=7: 5: 50-100的質(zhì)量比例；
(2)將自然纖維素模板浸泡到上述溶液中，靜置:T12h后取出，去離子水洗滌數(shù)遍后放入4(T65° C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以2 ° C /min的升溫速率升到450~600° C焙燒4~6 h除去模板得到二氧化鈦納米管材料；
(3)室溫下，在氮氣氣氛中將上面所得二氧化鈦納米管和金屬鎂顆粒按照1:2.5^4的摩爾比分別置于自制的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應(yīng)釜中充氮氣除凈空氣后將其密封放入管式爐中快速升溫(升溫速率10 ° C /min)至110(Tl30(TC保持2 5 h，后冷卻到室溫；
(4)將反應(yīng)產(chǎn)物用廣2 M稀酸水溶液處理6~10 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
[0008]本發(fā)明中，步驟(1)中所述有機溶劑為無水乙醇或無水乙醇/甲苯(體積比1:1)混合液。
[0009]本發(fā)明中，步驟(2)中所述自然纖維素模板為定量濾紙、醫(yī)用紗布、脫脂棉中的一種。
[0010]本發(fā)明中，步驟(4)中所述稀酸為稀鹽酸或稀硝酸。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明制備出的氮化鈦納米材料在傳質(zhì)方面比一維氮化鈦材料更具有優(yōu)勢。目標產(chǎn)物具有較大的比表面積和孔體積，和傳統(tǒng)的實心氮化鈦粉體顆粒相比，在催化和吸附分離領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景。制備過程中使用濾紙、脫脂棉或紗布為結(jié)構(gòu)模板，通過選擇合適的制備條件，可是得到宏觀上具有紙片狀、棉絮裝和紗網(wǎng)狀的氮化鈦納米材料，這些具有宏觀形貌的材料可以直接被拿來應(yīng)用，節(jié)省了傳統(tǒng)制備工藝所的產(chǎn)物多為粉體，使用前需要進一步壓制成型的步驟。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是制備的具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的的氮化鈦納米材料的SEM圖。
[0014]圖2是制備的具有三維連通孔道`結(jié)構(gòu)的的氮化鈦納米材料的XRD圖。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0017]實施例1
(1)攪拌狀態(tài)下依次將36%的濃鹽酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中，持續(xù)攪拌3h制得二氧化鈦溶膠。其中，鈦酸四丁酯:濃HCl:無水乙醇=7: 5: 100的質(zhì)量比例；
(2)將實驗室用普通定量濾紙浸泡到上述溶液中，靜置3h后取出，通過去離子水洗滌數(shù)遍，放入65° C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以2 ° C /min的升溫速率升到550 ° C焙燒5 h除去模板得到二氧化鈦納米管材料；
(3)室溫下，在氮氣氣氛中將上面所得二氧化鈦納米管和金屬鎂顆粒按照1:2.5的摩爾比分別置于自制的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應(yīng)釜中充氮氣2 h除凈其中空氣后將其密封，放入管式爐中以10 ° C /min的升溫速率快速升溫至1200°C保持2 h，后冷卻至室溫；
(4)將反應(yīng)產(chǎn)物用2M稀鹽酸水溶液處理6 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
[0018]實施例2
(1)攪拌狀態(tài)下依次將濃鹽酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇/甲苯混合物(體積比1:1)中，持續(xù)攪拌3 h。其中，原料遵循鈦酸四丁酯:濃HCl:無水乙醇/甲苯=7: 5: 100的質(zhì)量比例；
(2)將醫(yī)藥紗布浸泡到上述溶液中，靜置3h后取出，通過去離子水洗滌數(shù)遍，放入65° C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以2 ° C /min的升溫速率升到550 ° C焙燒5 h除去模板制得二氧化鈦納米管材料；
(3)室溫下，在氮氣氣氛中將所得二氧化鈦納米管和金屬鎂顆粒按照1:4的摩爾比分別置于自制的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應(yīng)釜中充氮氣2 h除凈其中空氣后將其密封，放入管式爐中以10 ° C /min的升溫速率快速升溫至1100°C保持2 h，后冷卻至室溫；
(4)將反應(yīng)產(chǎn)物用2M稀鹽酸水溶液處理6 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
[0019]實施例3
(1)攪拌狀態(tài)下依次將濃鹽酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中，持續(xù)攪拌3h。其中，鈦酸四丁酯:濃HCl:無水乙醇=7: 5: 50的質(zhì)量比例；
(2)將實驗室用普通定量濾紙浸泡到上述溶液中，靜置3h后取出，通過去離子水洗滌數(shù)遍，放入65° C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以2 ° C /min的升溫速率升到550 ° C焙燒5 h除去模板得到二氧化鈦納米管材料；
(3)室溫下，在氮氣氣氛中將上面所得二氧化鈦納米管和金屬鎂顆粒按照1:2.5的摩爾比分別置于自制的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應(yīng)釜中充氮氣2 h除凈其中空氣后將其密封，放入管式爐中以10 ° C /min的升溫速率快速升溫至1300°C保持2 h，后冷卻至室溫；
(4)將反應(yīng)產(chǎn)物用I M稀硝酸水溶液處理10 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化鈦納米材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟: (1)攪拌狀態(tài)下依次將36%的濃鹽酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中，持續(xù)攪拌3h制得二氧化鈦溶膠；其中，鈦酸四丁酯:濃HCl:無水乙醇=7: 5: 100左右的質(zhì)量比例； (2)將實驗室用普通定量濾紙浸泡到上述溶液中，靜置3h后取出，通過去離子水洗滌數(shù)遍，放入65° C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以約2 ° C /min的升溫速率升到550° C焙燒5 h除去模板得到二氧化鈦納米管材料； (3)室溫下，在氮氣氣氛中將上面所得二氧化鈦納米管和金屬鎂顆粒按照1:2.5的摩爾比分別置于不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應(yīng)釜中充氮氣2 h除凈其中空氣后將其密封，放入管式爐中以10 ° C /min的升溫速率快速升溫至1200°C上下保持.2 h，后冷卻至室溫； (4)將反應(yīng)產(chǎn)物 用2M稀鹽酸水溶液處理6 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
【文檔編號】C01B21/076GK103864032SQ201410121032
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】張艷華, 楊宏濤, 鄧瑩, 蔡艷華, 李忠彬, 涂銘旌 申請人:重慶文理學(xué)院