一種氮化鈦材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及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，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)域有很好的應用前景。
【專利說明】一種氮化鈦材料的制備方法
[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)明屬于材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，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)異的物理和化學性質(zhì)，例如高硬度，高熔點，優(yōu)良的電導率、熱導率和耐腐蝕性，以及高的化學穩(wěn)定性，在工程應用方面具有重要的應用價值，因此受到研究者的極大關(guān)注。近年來，關(guān)于納米結(jié)構(gòu)TiN的研究已有較多研究，但是已有的報道主要圍繞氮化鈦納米顆粒和氮化鈦薄膜的制備及性質(zhì)研究，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】的應用。生物模板合成納米材料是指以具有合適結(jié)構(gòu)的生物組織為模板，利用自組裝和空間限域效應，通過物理、化學等方法形成既定結(jié)構(gòu)的納米材料或納米結(jié)構(gòu)的過程。許多生物組織的結(jié)構(gòu)單元都在納米范圍內(nèi)，這些具有納米尺度或納米孔洞的生物結(jié)構(gòu)單元都可作為模板來制備納米材料。由于生物分子的種種優(yōu)點(納米級別的尺寸、多樣化的外形、自然界含量豐富和環(huán)境友好等)，以生物組織為模板，通過自組裝合成具有復雜納米結(jié)構(gòu)和微觀形貌的人造材料納米材料是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较?。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，具有獨特而復雜的三維階層結(jié)構(gòu)，應用自然纖維素物質(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。 [0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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)的氮化鈦納米材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明提供的方法，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:
(I)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3 h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；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。
[0007](2 )將自然纖維素模板浸泡到上述溶液中，靜置:1~12 h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飛h除去模板得到二氧化鈦納米管材料；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。
[0008](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釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應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1100-1300?保持2~5 h，后冷卻到室溫；
(4)將反應產(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。所述稀酸為稀鹽酸或稀硝酸。
[0009]本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明制備出的氮化鈦材料為具有三維連通的納米孔道結(jié)構(gòu)，在傳質(zhì)方面具有優(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用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]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。
[0011]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。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0014]實施例1
(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)將脫脂棉浸泡到上述溶液中，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釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應釜中充氮氣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。
[0015]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釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應釜中充氮氣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)將反應產(chǎn)物用2 M稀鹽酸水溶液處理6 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
[0016]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釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應釜中充氮氣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/甲苯混合物(體積比1:1)中，持續(xù)攪拌3 h左右制得二氧化鈦溶膠；其中，鈦酸四丁酯:濃HCl:無水乙醇/甲苯=7: 5: 50的質(zhì)量比例; (2)將脫脂棉浸泡到上述溶液中，靜置12h后取出，通過去離子水洗滌數(shù)遍，放入40°C干燥箱干燥過夜；干燥后的樣品以2 ° C /min的升溫速率升到約600 ° C焙燒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1:4的摩爾比分別置于不銹鋼反應釜內(nèi)左右兩端，彼此之間不接觸；將反應釜中充氮氣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上下保持5h，后冷卻至室溫； (4)將反應產(chǎn)物用1M稀硝酸水溶液處理10 h除去副產(chǎn)物MgO，得到目標產(chǎn)物。
【文檔編號】C01B21/076GK103864033SQ201410121084
【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:重慶文理學院