一種晶相可調TiO2納米纖維的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種晶相可調TiO2納米纖維的制備方法，包括鈦源預水解、靜電紡絲和高溫煅燒過程。預水解提高了纖維的致密度，煅燒決定纖維的晶相組成，制備得到的TiO2納米纖維晶相可以是純的金紅石相，也可以是銳鈦礦相，或者由二者組成的混合相；本發明專利技術解決了在較高濕度下，鈦源極易水解的問題，通過采取預水解的方法，有效地規避了在靜電紡絲過程中鈦源水解從而堵塞針頭的問題；本發明專利技術工藝簡單，有效地降低了對環境條件的要求，過程易于控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于納米材料和光催化
，涉及一種晶相可調1102。
技術介紹
二氧化鈦(T12)有金紅石和鈣鈦礦兩種晶形，銳鈦礦型的T12是具有優異為光催化性質的半導體材料，性能穩定、價格低廉、對人體和環境安全無害、耐化學腐蝕。T12常常被視為光催化的基準物質。除了光催化領域外，1102還在太陽能電池、傳感器、光電器件、藥物負載等領域有著廣泛應用。對于金紅石形T12則可用做太陽光減反材料，因此晶相的控制對1102材料至關重要。進一步講，作為光催化觸媒的T1 2如果以納米顆粒的形式存在，雖然具有良好的光催化活性，但是它的回收和循環使用都存在一定的困難。這樣尋求更加便于利用和回收的一維或二維的T12納米結構是十分有意義的。靜電紡絲作為二十世紀初被專利技術出來，而近年來興起的一門納米纖維制備技術，具有裝置簡單、產量高、能夠精確調控各個工藝參數等優點。通過靜電紡絲法制備T12纖維，已經得到廣泛的研宄，在文獻中也得到了廣泛的報道，比如中國專利(CN201110419436)就介紹了一種通過靜電紡絲的方法制備銳鈦礦型的打02納米纖維的方法，有文獻報道了其它的方法(Ding, B., Kim, C.K., Kim, H.Y.，Seoj Μ.K.& Park, S.J.Titanium d1xide nanofibers prepared by usingelectrospinning method.Fibers Polym.5，105 - 109 (2004).)用以制備 T12納米纖維。關于靜電紡絲制備T12及其復合納米纖維已經成為了光催化、電池、生物等領域研究的一大熱點 D 然而，文獻(Dai，Y.，Liuj I，Formoj Ε.，Sun, Y.& Xiaj Y.Ceramicnanofibers fabricated by electrospinning and their applicat1ns in catalysis,environmental science, and energy technology.Polym.Adv.Technol.22，326 - 338(2011))指出，在紡絲過程中，鈦源的水解一直以來是一個難以解決的問題。上述現有技術中，完成紡絲液的配置后，在紡絲過程中往往會生成水解產物，堵塞針頭，阻礙的紡絲進程。根據文獻中的敘述，現在采取的主要應對手段在于對濕度和氣氛的控制，配置紡絲液和紡絲時，要控制在低濕度或采用氣氛控制裝置以避免紡絲液和空氣的接觸，但不論哪一種方法，都大大增加了靜電紡絲裝置的成本和操作難度。因此，尋求一種簡便、易行的處理方法用以規避水解堵塞針頭的問題，不借助氣氛控制裝置，能夠在各種不同的濕度條件下順利進行T12納米纖維的靜電紡絲對于科研工作和實際生產都有很重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種利用靜電紡絲制備晶相可調T12納米纖維的方法，本專利技術采用預水解工藝，成功地規避了鈦源在靜電紡絲過程中水解堵塞針頭的問題，優化了靜電紡絲的工藝，降低了 1102靜電紡絲生產的成本。本專利技術一種晶相可調1102，包括鈦源預水解、靜電紡絲和高溫煅燒過程。通過本專利技術方法制備得到的1102納米纖維直徑為200~500 nm，長度2?9 μ m ; 1102納米纖維晶相組成為金紅石相、銳鈦礦相或者兩種晶相的混合，由顆粒堆積而成，晶界接觸緊密，表面均勻、光滑。本專利技術晶相可調的T12，包括以下步驟: (1)將聚乙烯吡咯烷酮溶解在無水乙醇中，配制濃度為6~10wt%聚乙烯吡咯烷酮的無水乙醇溶液，攪拌至溶液均勻透明，然后依次加入冰乙酸、鈦源和水，混合均勻，攪拌30?60min使鈦源水解，得到紡絲液； (2)將步驟(I)制備的紡絲液靜電紡絲，得到初紡的1102納米纖維； (3)將步驟(2)中得到1102納米纖維進行煅燒處理，升溫速率為3~15°C/min，煅燒溫度為500~650°C，煅燒時間為0.5~3h，煅燒完成后，冷卻至室溫，得T12納米纖維。步驟(I)中所述的鈦源為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯； 步驟(I)中所述的水為去離子水；加料方式為滴加，滴加速率優選240 μ L/min步驟(I沖冰乙酸與鈦源的體積比為1:0.33~1，鈦源與水的摩爾比為1:2~4，鈦源與聚乙烯吡咯烷酮的質量比為1:0.4 ~ 0.7。步驟(2)中所述的靜電紡絲條件是針頭和接收器之間的距離為10~15cm，電壓在15~20kV，紡絲液推進速度為1.44 mL/h，室內溫度為10~35°C，濕度為10~55%。本專利技術選用無毒無害的乙醇-PVP體系溶解鈦源，加入一定量的冰乙酸以抑制鈦源的快速水解，然后通過控制加入去離子水的含量來控制鈦源的水解程度。鈦源緩慢水解后均勻分散在溶液中，在紡絲過程中不會二次水解，因此即便在較高的濕度下仍然能夠順利紡絲。簡便易行，省去了氣氛控制的步驟。本專利技術預水解的方法不僅可以在鈦源上得到應用，對于其他有類似問題的易水解鹽類的靜電紡絲也可以用這種方法處理。本專利技術制備得到的1102納米纖維的晶相可以是純的金紅石相，也可以是銳鈦礦相，或者由二者組成的混合相，在不同溫度制度下煅燒過程決定纖維的晶相組成，預水解有利于紡出均勻的纖維。銳鈦礦相向金紅石相的轉變溫度大約在500°C~600°C之間，通過對于煅燒溫度，升溫速率和保溫時間的控制，可以調控銳鈦礦相向金紅石相的轉化率，從而成功調控兩者的晶相比例。一般來說，起決定作用的是煅燒溫度，溫度越高，金紅石相越多。同時，延長保溫時間也會促使銳鈦礦向金紅石相的轉化。在預水解過程中，鈦源水解后鈦離子上所帶的基團會相互連接，形成網絡狀結構，鈦離子的結合會更加緊密，燒結后形成均勻的纖維。而未采取預水解工藝時，是在紡絲完成后讓初紡纖維暴露在空氣中進行水解。在固相的纖維中，水解后的鈦源難以相互連接，煅燒后纖維不均勻。本專利技術晶相可調T12，與現有技術相比有益效果在于: 1.原料簡單易得，工藝控制簡單，成本低，市場潛力大； 2.采用鈦源預水解的方法，有效規避了紡絲過程中的水解，使靜電紡絲在較高和較低濕度的條件下都能夠進行；3.通過預水解提高了纖維的可紡性，得到均勻的纖維，通過不同溫度制度下煅燒過程實現了對1102納米纖維的晶相組成的調節。【附圖說明】圖1是本專利技術是實施例1合成的T12納米纖維的掃描電鏡圖片； 圖2是本專利技術是實施例1合成的T12納米纖維的XRD圖譜； 圖3是本專利技術是實施例3合成的T12納米纖維的掃描電鏡圖片； 圖4是本專利技術是實施例4合成的T12納米纖維的XRD圖譜； 圖5是本專利技術是實施例3合成的T12納米纖維的掃描電鏡圖片； 圖6是對比例合成的T12納米纖維的掃描電鏡圖片。【具體實施方式】下面通過實施例對本專利技術進行進一步闡述，應該明白是的，下述說明僅是為了解釋本專利技術，并不對其內容進行限定。實施例1 (1)稱取0.45g聚乙烯吡咯烷酮溶解在7mL的無水乙醇中，攪拌至全部溶解形成均勻透明的溶液，向溶液中滴加2 mL冰乙酸，攪拌均勻后再加入ImL鈦酸異丙酯，待完全攪拌均勻形成淡黃色液體后，再向其中在Imin內滴加240 yL的去離子水，攪拌30 min讓鈦酸異丙酯完全水解，形成均勻透明的淡黃色澄清紡絲液； 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種晶相可調TiO2納米纖維的制備方法，其特征在于：包括鈦源預水解、靜電紡絲和高溫煅燒過程。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊萍，聶世杰，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：山東;37