CN201210146070-一种碳化钛纳米颗粒的制备方法-申请公开

1、SooPAT一种碳化钛纳米颗粒的制备方法申请号:201210146070.9申请日:2012-05-11申请(专利权人南京工业大学地址210009 江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号发明(设计人沈晓冬孔勇崔升仲亚主分类号C01B31/30(2006.01I分类号C01B31/30(2006.01I B82Y40/00(2011.01I公开(公告号102674350A公开(公告日2012-09-19专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司 32218代理人徐冬涛袁正英(10申请公布号 CN 102674350 A(43申请公布日 2012.09.19C N 102674350 A*CN102674

2、350A*(21申请号 201210146070.9(22申请日 2012.05.11C01B 31/30(2006.01B82Y 40/00(2011.01(71申请人南京工业大学地址210009 江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号(72发明人沈晓冬 孔勇 崔升 仲亚(74专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司 32218代理人徐冬涛 袁正英(54发明名称一种碳化钛纳米颗粒的制备方法(57摘要本发明属于无机材料和材料合成工艺领域,涉及一种碳化钛纳米颗粒的制备方法。本方法采用溶胶-凝胶法和碳热还原工艺制备碳化钛纳米颗粒。以间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠为原料制备碳溶胶,以钛酸四丁酯或钛酸四乙酯为反

3、应物、硝酸、去离子水为原料制备钛溶胶,将碳溶胶和钛溶胶混合后进行溶胶-凝胶反应得到湿凝胶,湿凝胶经过老化、常压干燥得到碳化钛前驱体,碳化钛前驱体在惰性气体中碳热还原反应、空气中煅烧、盐酸浸泡、水洗、过滤、烘干,后得到碳化钛纳米颗粒。本发明具有原料廉价易得,设备简单,容易规模生产的优点,制备的碳化钛纳米颗粒粒径小、比表面积较大,可以用于高温隔热材料、陶瓷复合材料、切割材料、耐磨材料、光催化材料、航天材料等领域。(51Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19中华人民共和国国家知识产权局(12发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页1/1页1.一种碳化钛纳米颗粒

4、的制备方法,其具体步骤如下:(1将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为12(0.0020.01(3.510混合均匀后在4070°C 下反应10120分钟得到碳溶胶;(2将钛源、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为1(0.20.4(28(1535混合均匀配成溶液;其中先将钛源、硝酸和总量2575%的乙醇混合均匀,然后加入去离子水和剩余的乙醇配成溶液;在525°C 下搅拌515分钟得到钛溶胶;(3将步骤(1中得到的碳溶胶与步骤(2中得到的钛溶胶,按中间苯二酚与钛源的摩尔比为1(0.52混合均匀后进行溶胶-凝胶反应得到湿凝胶;(4将步骤(3中得到的湿凝胶老化、干燥后得到碳化钛前驱

5、体;(5将步骤(4中得到的碳化钛前驱体在惰性气体保护下于13501550°C 热处理110小时,得到含有余炭的碳化钛制品;(6将步骤(5中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中500700°C 下煅烧24小时,经过盐酸洗涤、水洗、过滤、烘干,得到碳化钛纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(2中所述的钛源为钛酸四丁酯或钛酸四乙酯中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(3中所述的溶胶-凝胶反应的温度为2050°C ;反应时间为1040分钟。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(4中所述的湿凝胶老化条件为:在6075下老

6、化15天。5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(4中所述的常压干燥条件为:在5090°C 下干燥2448小时。6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(5中所述的惰性气体为氦气或氩气中的一种。权 利 要 求 书CN 102674350 A一种碳化钛纳米颗粒的制备方法技术领域0001 本发明属于无机材料技术领域,涉及一种利用溶胶-凝胶法和碳热还原工艺制备碳化钛纳米颗粒的制备方法。背景技术0002 碳化钛(TiC具有许多优异的物理和化学性能,如高熔点、高硬度、低密度、耐腐蚀和氧化、高的杨氏模量、抗磨损、良好的导热性和抗热震性能,因而在切割材料、研磨和耐磨材料、航天材料

7、等领域有广阔的应用空间。工业上一般采用二氧化钛和炭黑为原料,在2200°C左右碳热还原反应24小时来制备碳化钛。另外,碳化钛还可以通过镁热还原反应来制备,该方法制备温度较低,在9001100°C,但是镁的引入使得合成工艺更加烦杂,得到的碳化钛纯度有一定程度降低。而且,目前文献报道的碳化钛纳米颗粒较大,在100nm左右。发明内容0003 本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种碳化钛纳米颗粒的制备方法,该方法工艺简单,可以制备出粒径小,比表面积大的碳化钛纳米颗粒。0004 本发明是通过如下技术方案实现的:一种碳化钛纳米颗粒的制备方法,其具体步骤如下:0005 (1将

8、间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为12(0.0020.01(3.510混合均匀后在4070°C下反应10120分钟得到碳溶胶;0006 (2将钛源、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为1(0.20.4(28(1535混合均匀配成溶液;其中先将钛源、硝酸和总量2575%的乙醇混合均匀,然后加入去离子水和剩余的乙醇配成溶液;在525°C下搅拌515分钟得到钛溶胶;0007 (3将步骤(1中得到的碳溶胶与步骤(2中得到的钛溶胶,按中间苯二酚与钛源的摩尔比为1(0.52混合均匀后进行溶胶-凝胶反应得到湿凝胶;0008 (4将步骤(3中得到的湿凝胶老化、常压干燥后得到碳化钛前驱体;

9、0009 (5将步骤(4中得到的碳化钛前驱体在惰性气体保护下于13501550°C热处理110小时,得到含有余炭的碳化钛制品;0010 (6将步骤(5中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中500700°C下煅烧24小时,经过盐酸洗涤、水洗、过滤、烘干,得到碳化钛纳米颗粒。0011 优选所述的钛源为钛酸四丁酯或钛酸四乙酯中的一种。0012 优选步骤(3中所述的溶胶-凝胶反应的温度为2050°C;反应时间为1040分钟。0013 优选步骤(4中所述的湿凝胶老化条件为:在6075°C下老化15天;步骤(4中所述的常压干燥条件为:在5090°C下干燥24

10、48小时。0014 优选步骤(5中所述的惰性气体为氦气或氩气中的一种。0015 本发明制备的介孔碳化硅材料可以用于高温隔热材料、陶瓷复合材料、切割材料、耐磨材料、光催化材料、航天材料等领域。0016 有益效果:0017 本发明方法制备的介孔碳化硅材料具有如下特点:0018 (1原料廉价易得,工艺和设备简单,容易实现规模生产。0019 (2碳化钛纳米颗粒径小、比表面积较大。附图说明0020 图1为实例2制得的碳化钛纳米颗粒的XRD图谱。具体实施方式0021 实例10022 (1将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为120.0023.5混合均匀后在40°C下预反应90分钟得到碳溶胶

11、;0023 (2将钛酸四丁酯、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为10.2427混合均匀配成溶液;其中先将钛酸四丁酯、硝酸和总量25%的乙醇混合均匀,然后加入去离子水和剩余的乙醇配成溶液;在5°C下反应10分钟得到钛溶胶;0024 (3将步骤(1中得到的碳溶胶与步骤(2中得到的钛溶胶混合均匀后在20下进行溶胶-凝胶反应40分钟得到湿凝胶,其中间苯二酚与钛酸四丁酯的摩尔比为11; 0025 (4将步骤(3中得到的凝胶在60°C下老化5天,然后在50°C下干燥48小时得到碳化钛前驱体;0026 (5将步骤(4中得到的碳化钛前驱体在氩气保护下于1350°C热处理10

12、小时得到含有余炭的碳化钛制品;0027 (6将步骤(5中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中500°C下煅烧4小时,经过盐酸洗涤、水洗、过滤、烘干,得到碳化钛纳米颗粒。0028 制得的碳化钛纳米颗粒的平均粒径为16nm,比表面积为197m2/g。0029 实例20030 (1将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为120.0110混合均匀后在50°C下预反应60分钟得到碳溶胶;0031 (2将钛酸四乙酯、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为10.4835混合均匀配成溶液,其中先将钛酸四乙酯、硝酸和总量50%的乙醇先混合均匀,然后加入去离子水和剩余的乙醇,在5°C下反应

13、15分钟得到钛溶胶;0032 (3将步骤(1中得到的碳溶胶与步骤(2中得到的钛溶胶混合均匀后在50下进行溶胶-凝胶反应25分钟得到湿凝胶,其中间苯二酚与钛酸四乙酯的摩尔比为12; 0033 (4将步骤(3中得到的凝胶在75°C下老化1天,然后在60°C下干燥48小时得到碳化钛前驱体;0034 (5将步骤(4中得到的碳化钛前驱体在氦气保护下于1450°C热处理8小时得到含有余炭的碳化钛制品;0035 (6将步骤(5中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中600°C下煅烧3小时,CN 102674350 A 说 明 书 3/4 页 经过盐酸洗涤、 水洗、 过滤、

14、 烘干， 得到碳化钛纳米颗粒。 0036 制得的碳化钛纳米颗粒的平均粒径为 23nm， 比表面积为 136m2/g。 0037 本发明实例制得的碳化钛纳米颗粒的 XRD 图谱如图 1 所示。XRD 分析在美国热电 集团 ARL 公司的 ARLX TRA 型 X 线衍射仪上进行 ； 采用 CuK 衍射， 0.15406nm， 扫描 速率 5(° /min。从图 1 可知， 制备的碳化钛纳米颗粒的衍射峰的位置与碳化钛标准 PDF 卡片 No.2-1179 中的衍射峰一致。 0038 实例 3 0039 （1） 将间苯二酚、 甲醛、 无水碳酸钠、 乙醇按摩尔比为 1 2 0.005 7 混

15、合均匀 后在 40° C 下预反应 120 分钟得到碳溶胶 ； 0040 （2） 将钛酸四丁酯、 硝酸、 去离子水、 乙醇按摩尔比为 1 0.3 2 15 混合均匀 配成溶液， 其中先将钛酸四丁酯、 硝酸和总量 75% 的乙醇先混合均匀， 然后加入去离子水和 剩余的乙醇， 在 25° C 下反应 5 分钟得到钛溶胶 ； 0041 （3） 将步骤 （1） 中得到的碳溶胶与步骤 （2） 中得到的钛溶胶混合均匀后在 30下 进行溶胶 - 凝胶反应 30 分钟得到湿凝胶， 其中间苯二酚与钛酸四丁酯的摩尔比为 1 0.5 ； 0042 （4） 将步骤 （3） 中得到的凝胶在 70&#

16、176; C 下老化 2 天， 然后在 90° C 下干燥 24 小时 得到碳化钛前驱体 ； （5） 将步骤 （4） 中得到的碳化钛前驱体在氩气保护下于 1500° C 热处理 5 小时得 到含有余炭的碳化钛制品 ； 0044 （6） 将步骤 （5） 中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中 700° C 下煅烧 2 小时， 经过盐酸洗涤、 水洗、 过滤、 烘干， 得到碳化钛纳米颗粒。 0045 制得的碳化钛纳米颗粒的平均粒径为 25nm， 比表面积为 121m2/g。 0046 实例 4 0047 （1） 将间苯二酚、 甲醛、 无水碳酸钠、 乙醇按摩尔比为 1 2

17、0.008 4 混合均匀 后在 70° C 下预反应 10 分钟得到碳溶胶 ； 0048 （2） 将钛酸四丁酯、 硝酸、 去离子水、 乙醇按摩尔比为 1 0.3 6 20 混合均匀 配成溶液， 其中先将钛酸四丁酯、 硝酸和总量 50% 的乙醇先混合均匀， 然后加入去离子水和 剩余的乙醇， 在 15° C 下反应 5 分钟得到钛溶胶 ； 0049 （3） 将步骤 （1） 中得到的碳溶胶与步骤 （2） 中得到的钛溶胶混合均匀后在 50下 进行溶胶 - 凝胶反应 10 分钟得到湿凝胶， 其中间苯二酚与钛酸四丁酯的摩尔比为 1 1.5 ； 0050 （4） 将步骤 （3） 中得到的

18、凝胶在 70° C 下老化 5 天， 然后在 70° C 下干燥 48 小时 得到碳化钛前驱体 ； 0051 （5） 将步骤 （4） 中得到的碳化钛前驱体在氩气保护下于 1500° C 热处理 2 小时得 到含有余炭的碳化钛制品 ； 0052 （6） 将步骤 （5） 中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中 500° C 下煅烧 3 小时， 经过盐酸洗涤、 水洗、 过滤、 烘干， 得到碳化钛纳米颗粒。 0053 制得的碳化钛纳米颗粒的平均粒径为 20nm， 比表面积为 169m2/g。 0043 实例 5 0055 （1） 将间苯二酚、 甲醛、 无水碳酸钠、 乙醇按摩尔比为 1 2 0.007 5 混合均匀 后在 60° C 下预反