CN201210146070-一種碳化鈦納米顆粒的制備方法-申請(qǐng)公開(kāi)

1、SooPAT一種碳化鈦納米顆粒的制備方法申請(qǐng)?zhí)?201210146070.9申請(qǐng)日:2012-05-11申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán)人南京工業(yè)大學(xué)地址210009 江蘇省南京市鼓樓區(qū)新模范馬路5號(hào)發(fā)明(設(shè)計(jì)人沈曉冬孔勇崔升仲亞主分類(lèi)號(hào)C01B31/30(2006.01I分類(lèi)號(hào)C01B31/30(2006.01I B82Y40/00(2011.01I公開(kāi)(公告號(hào)102674350A公開(kāi)(公告日2012-09-19專(zhuān)利代理機(jī)構(gòu)南京天華專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32218代理人徐冬濤袁正英(10申請(qǐng)公布號(hào) CN 102674350 A(43申請(qǐng)公布日 2012.09.19C N 102674350 A*CN102674

2、350A*(21申請(qǐng)?zhí)?201210146070.9(22申請(qǐng)日 2012.05.11C01B 31/30(2006.01B82Y 40/00(2011.01(71申請(qǐng)人南京工業(yè)大學(xué)地址210009 江蘇省南京市鼓樓區(qū)新模范馬路5號(hào)(72發(fā)明人沈曉冬 孔勇 崔升 仲亞(74專(zhuān)利代理機(jī)構(gòu)南京天華專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32218代理人徐冬濤 袁正英(54發(fā)明名稱(chēng)一種碳化鈦納米顆粒的制備方法(57摘要本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料和材料合成工藝領(lǐng)域,涉及一種碳化鈦納米顆粒的制備方法。本方法采用溶膠-凝膠法和碳熱還原工藝制備碳化鈦納米顆粒。以間苯二酚、甲醛、無(wú)水碳酸鈉為原料制備碳溶膠,以鈦酸四丁酯或鈦酸四乙酯為反

3、應(yīng)物、硝酸、去離子水為原料制備鈦溶膠,將碳溶膠和鈦溶膠混合后進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)得到濕凝膠,濕凝膠經(jīng)過(guò)老化、常壓干燥得到碳化鈦前驅(qū)體,碳化鈦前驅(qū)體在惰性氣體中碳熱還原反應(yīng)、空氣中煅燒、鹽酸浸泡、水洗、過(guò)濾、烘干,后得到碳化鈦納米顆粒。本發(fā)明具有原料廉價(jià)易得,設(shè)備簡(jiǎn)單,容易規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),制備的碳化鈦納米顆粒粒徑小、比表面積較大,可以用于高溫隔熱材料、陶瓷復(fù)合材料、切割材料、耐磨材料、光催化材料、航天材料等領(lǐng)域。(51Int.Cl.權(quán)利要求書(shū)1頁(yè) 說(shuō)明書(shū)4頁(yè) 附圖1頁(yè) (19中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū) 1 頁(yè) 說(shuō)明書(shū) 4 頁(yè) 附圖 1 頁(yè)1/1頁(yè)1.一種碳化鈦納米顆粒

4、的制備方法,其具體步驟如下:(1將間苯二酚、甲醛、無(wú)水碳酸鈉、乙醇按摩爾比為12(0.0020.01(3.510混合均勻后在4070°C 下反應(yīng)10120分鐘得到碳溶膠;(2將鈦源、硝酸、去離子水、乙醇按摩爾比為1(0.20.4(28(1535混合均勻配成溶液;其中先將鈦源、硝酸和總量2575%的乙醇混合均勻,然后加入去離子水和剩余的乙醇配成溶液;在525°C 下攪拌515分鐘得到鈦溶膠;(3將步驟(1中得到的碳溶膠與步驟(2中得到的鈦溶膠,按中間苯二酚與鈦源的摩爾比為1(0.52混合均勻后進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)得到濕凝膠;(4將步驟(3中得到的濕凝膠老化、干燥后得到碳化鈦前驅(qū)

5、體;(5將步驟(4中得到的碳化鈦前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下于13501550°C 熱處理110小時(shí),得到含有余炭的碳化鈦制品;(6將步驟(5中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中500700°C 下煅燒24小時(shí),經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、水洗、過(guò)濾、烘干,得到碳化鈦納米顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于步驟(2中所述的鈦源為鈦酸四丁酯或鈦酸四乙酯中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于步驟(3中所述的溶膠-凝膠反應(yīng)的溫度為2050°C ;反應(yīng)時(shí)間為1040分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于步驟(4中所述的濕凝膠老化條件為:在6075下老

6、化15天。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于步驟(4中所述的常壓干燥條件為:在5090°C 下干燥2448小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于步驟(5中所述的惰性氣體為氦氣或氬氣中的一種。權(quán) 利 要 求 書(shū)CN 102674350 A一種碳化鈦納米顆粒的制備方法技術(shù)領(lǐng)域0001 本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種利用溶膠-凝膠法和碳熱還原工藝制備碳化鈦納米顆粒的制備方法。背景技術(shù)0002 碳化鈦(TiC具有許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,如高熔點(diǎn)、高硬度、低密度、耐腐蝕和氧化、高的楊氏模量、抗磨損、良好的導(dǎo)熱性和抗熱震性能,因而在切割材料、研磨和耐磨材料、航天材料

7、等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。工業(yè)上一般采用二氧化鈦和炭黑為原料,在2200°C左右碳熱還原反應(yīng)24小時(shí)來(lái)制備碳化鈦。另外,碳化鈦還可以通過(guò)鎂熱還原反應(yīng)來(lái)制備,該方法制備溫度較低,在9001100°C,但是鎂的引入使得合成工藝更加煩雜,得到的碳化鈦純度有一定程度降低。而且,目前文獻(xiàn)報(bào)道的碳化鈦納米顆粒較大,在100nm左右。發(fā)明內(nèi)容0003 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種碳化鈦納米顆粒的制備方法,該方法工藝簡(jiǎn)單,可以制備出粒徑小,比表面積大的碳化鈦納米顆粒。0004 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種碳化鈦納米顆粒的制備方法,其具體步驟如下:0005 (1將

8、間苯二酚、甲醛、無(wú)水碳酸鈉、乙醇按摩爾比為12(0.0020.01(3.510混合均勻后在4070°C下反應(yīng)10120分鐘得到碳溶膠;0006 (2將鈦源、硝酸、去離子水、乙醇按摩爾比為1(0.20.4(28(1535混合均勻配成溶液;其中先將鈦源、硝酸和總量2575%的乙醇混合均勻,然后加入去離子水和剩余的乙醇配成溶液;在525°C下攪拌515分鐘得到鈦溶膠;0007 (3將步驟(1中得到的碳溶膠與步驟(2中得到的鈦溶膠,按中間苯二酚與鈦源的摩爾比為1(0.52混合均勻后進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)得到濕凝膠;0008 (4將步驟(3中得到的濕凝膠老化、常壓干燥后得到碳化鈦前驅(qū)體;

9、0009 (5將步驟(4中得到的碳化鈦前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下于13501550°C熱處理110小時(shí),得到含有余炭的碳化鈦制品;0010 (6將步驟(5中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中500700°C下煅燒24小時(shí),經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、水洗、過(guò)濾、烘干,得到碳化鈦納米顆粒。0011 優(yōu)選所述的鈦源為鈦酸四丁酯或鈦酸四乙酯中的一種。0012 優(yōu)選步驟(3中所述的溶膠-凝膠反應(yīng)的溫度為2050°C;反應(yīng)時(shí)間為1040分鐘。0013 優(yōu)選步驟(4中所述的濕凝膠老化條件為:在6075°C下老化15天;步驟(4中所述的常壓干燥條件為:在5090°C下干燥24

10、48小時(shí)。0014 優(yōu)選步驟(5中所述的惰性氣體為氦氣或氬氣中的一種。0015 本發(fā)明制備的介孔碳化硅材料可以用于高溫隔熱材料、陶瓷復(fù)合材料、切割材料、耐磨材料、光催化材料、航天材料等領(lǐng)域。0016 有益效果:0017 本發(fā)明方法制備的介孔碳化硅材料具有如下特點(diǎn):0018 (1原料廉價(jià)易得,工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。0019 (2碳化鈦納米顆粒徑小、比表面積較大。附圖說(shuō)明0020 圖1為實(shí)例2制得的碳化鈦納米顆粒的XRD圖譜。具體實(shí)施方式0021 實(shí)例10022 (1將間苯二酚、甲醛、無(wú)水碳酸鈉、乙醇按摩爾比為120.0023.5混合均勻后在40°C下預(yù)反應(yīng)90分鐘得到碳溶膠

11、;0023 (2將鈦酸四丁酯、硝酸、去離子水、乙醇按摩爾比為10.2427混合均勻配成溶液;其中先將鈦酸四丁酯、硝酸和總量25%的乙醇混合均勻,然后加入去離子水和剩余的乙醇配成溶液;在5°C下反應(yīng)10分鐘得到鈦溶膠;0024 (3將步驟(1中得到的碳溶膠與步驟(2中得到的鈦溶膠混合均勻后在20下進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)40分鐘得到濕凝膠,其中間苯二酚與鈦酸四丁酯的摩爾比為11; 0025 (4將步驟(3中得到的凝膠在60°C下老化5天,然后在50°C下干燥48小時(shí)得到碳化鈦前驅(qū)體;0026 (5將步驟(4中得到的碳化鈦前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下于1350°C熱處理10

12、小時(shí)得到含有余炭的碳化鈦制品;0027 (6將步驟(5中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中500°C下煅燒4小時(shí),經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、水洗、過(guò)濾、烘干,得到碳化鈦納米顆粒。0028 制得的碳化鈦納米顆粒的平均粒徑為16nm,比表面積為197m2/g。0029 實(shí)例20030 (1將間苯二酚、甲醛、無(wú)水碳酸鈉、乙醇按摩爾比為120.0110混合均勻后在50°C下預(yù)反應(yīng)60分鐘得到碳溶膠;0031 (2將鈦酸四乙酯、硝酸、去離子水、乙醇按摩爾比為10.4835混合均勻配成溶液,其中先將鈦酸四乙酯、硝酸和總量50%的乙醇先混合均勻,然后加入去離子水和剩余的乙醇,在5°C下反應(yīng)

13、15分鐘得到鈦溶膠;0032 (3將步驟(1中得到的碳溶膠與步驟(2中得到的鈦溶膠混合均勻后在50下進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)25分鐘得到濕凝膠,其中間苯二酚與鈦酸四乙酯的摩爾比為12; 0033 (4將步驟(3中得到的凝膠在75°C下老化1天,然后在60°C下干燥48小時(shí)得到碳化鈦前驅(qū)體;0034 (5將步驟(4中得到的碳化鈦前驅(qū)體在氦氣保護(hù)下于1450°C熱處理8小時(shí)得到含有余炭的碳化鈦制品;0035 (6將步驟(5中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中600°C下煅燒3小時(shí),CN 102674350 A 說(shuō) 明 書(shū) 3/4 頁(yè) 經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、 水洗、 過(guò)濾、

14、 烘干， 得到碳化鈦納米顆粒。 0036 制得的碳化鈦納米顆粒的平均粒徑為 23nm， 比表面積為 136m2/g。 0037 本發(fā)明實(shí)例制得的碳化鈦納米顆粒的 XRD 圖譜如圖 1 所示。XRD 分析在美國(guó)熱電 集團(tuán) ARL 公司的 ARLX TRA 型 X 線(xiàn)衍射儀上進(jìn)行 ； 采用 CuK 衍射， 0.15406nm， 掃描 速率 5(° /min。從圖 1 可知， 制備的碳化鈦納米顆粒的衍射峰的位置與碳化鈦標(biāo)準(zhǔn) PDF 卡片 No.2-1179 中的衍射峰一致。 0038 實(shí)例 3 0039 （1） 將間苯二酚、 甲醛、 無(wú)水碳酸鈉、 乙醇按摩爾比為 1 2 0.005 7 混

15、合均勻 后在 40° C 下預(yù)反應(yīng) 120 分鐘得到碳溶膠 ； 0040 （2） 將鈦酸四丁酯、 硝酸、 去離子水、 乙醇按摩爾比為 1 0.3 2 15 混合均勻 配成溶液， 其中先將鈦酸四丁酯、 硝酸和總量 75% 的乙醇先混合均勻， 然后加入去離子水和 剩余的乙醇， 在 25° C 下反應(yīng) 5 分鐘得到鈦溶膠 ； 0041 （3） 將步驟 （1） 中得到的碳溶膠與步驟 （2） 中得到的鈦溶膠混合均勻后在 30下 進(jìn)行溶膠 - 凝膠反應(yīng) 30 分鐘得到濕凝膠， 其中間苯二酚與鈦酸四丁酯的摩爾比為 1 0.5 ； 0042 （4） 將步驟 （3） 中得到的凝膠在 70&#

16、176; C 下老化 2 天， 然后在 90° C 下干燥 24 小時(shí) 得到碳化鈦前驅(qū)體 ； （5） 將步驟 （4） 中得到的碳化鈦前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下于 1500° C 熱處理 5 小時(shí)得 到含有余炭的碳化鈦制品 ； 0044 （6） 將步驟 （5） 中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中 700° C 下煅燒 2 小時(shí)， 經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、 水洗、 過(guò)濾、 烘干， 得到碳化鈦納米顆粒。 0045 制得的碳化鈦納米顆粒的平均粒徑為 25nm， 比表面積為 121m2/g。 0046 實(shí)例 4 0047 （1） 將間苯二酚、 甲醛、 無(wú)水碳酸鈉、 乙醇按摩爾比為 1 2

17、0.008 4 混合均勻 后在 70° C 下預(yù)反應(yīng) 10 分鐘得到碳溶膠 ； 0048 （2） 將鈦酸四丁酯、 硝酸、 去離子水、 乙醇按摩爾比為 1 0.3 6 20 混合均勻 配成溶液， 其中先將鈦酸四丁酯、 硝酸和總量 50% 的乙醇先混合均勻， 然后加入去離子水和 剩余的乙醇， 在 15° C 下反應(yīng) 5 分鐘得到鈦溶膠 ； 0049 （3） 將步驟 （1） 中得到的碳溶膠與步驟 （2） 中得到的鈦溶膠混合均勻后在 50下 進(jìn)行溶膠 - 凝膠反應(yīng) 10 分鐘得到濕凝膠， 其中間苯二酚與鈦酸四丁酯的摩爾比為 1 1.5 ； 0050 （4） 將步驟 （3） 中得到的

18、凝膠在 70° C 下老化 5 天， 然后在 70° C 下干燥 48 小時(shí) 得到碳化鈦前驅(qū)體 ； 0051 （5） 將步驟 （4） 中得到的碳化鈦前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下于 1500° C 熱處理 2 小時(shí)得 到含有余炭的碳化鈦制品 ； 0052 （6） 將步驟 （5） 中得到的含有余炭的碳化鈦制品在空氣中 500° C 下煅燒 3 小時(shí)， 經(jīng)過(guò)鹽酸洗滌、 水洗、 過(guò)濾、 烘干， 得到碳化鈦納米顆粒。 0053 制得的碳化鈦納米顆粒的平均粒徑為 20nm， 比表面積為 169m2/g。 0043 實(shí)例 5 0055 （1） 將間苯二酚、 甲醛、 無(wú)水碳酸鈉、 乙醇按摩爾比為 1 2 0.007 5 混合均勻 后在 60° C 下預(yù)反