[发明专利]接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备方法

说明书

本发明公开了接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备方法。以P25为原材料制备二氧化钛纳米管，然后在碱性条件下与1,4‑丁磺酸内酯反应，经分散、洗涤干燥后得到接枝磺化丁基二氧化钛纳米管。本发明制备工艺简单，得到的产物呈中空管状、尺寸大小均一，可用作离子交换材料，特别适用于聚合物电解质膜改性的纳米填料。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，涉及一种接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛因其成本低廉易于制备，具有大的比表面积，有较好的化学和热稳定性、超硬度且其不导电，故不存在掺杂到膜中因掺杂过多而形成电子短路现象。为了避免二氧化钛纳米粒子的自聚集，对于表面离子化改性是重要方法之一。文献1(Journal ofMembrane Science 313(2008)336–343)在合成纳米二氧化钛颗粒基础上，通过与稀硫酸反应，经过500℃焙烧后，成功在纳米二氧化钛表面引入了磺酸基团，通过与Nafion复合，制备了复合型质子交换膜，该膜具有很好的阻甲醇率，在甲醇燃料电池中显示了良好的电池性能。但该方法由于磺酸基团直接与氧化钛表面相连接，经过高温焙烧处理，在氧化钛颗粒表面留存的磺酸基团较少，而且实心纳米二氧化钛颗粒比表面积不大，无法得到高离子交换能力的无机离子，不利于进一步提高电解质膜的性能。有必要开发新型的结构及合成方法，制备具有更高离子表面、更高离子交换能力的磺化无机纳米材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备方法。

实现本发明目的提供技术方案如下：

一种接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备方法，其制备过程如下。

步骤1，二氧化钛纳米管的制备：

采用水热法制备二氧化钛纳米管。将P25溶解在10mol/L的NaOH溶液中并超声处理1h后转移至聚四氟乙烯衬里的高压釜中160℃反应48h以上，产物用1mol/L的HCl 洗涤至pH＝7，80℃真空干燥12h后得到二氧化钛纳米管，精细研磨待用；

步骤2，接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的制备：

采用直接磺化法制备。在三颈烧瓶中，磁力搅拌及氮气保护下，将二氧化钛纳米管分散于二甲亚砜中，然后加入1,4-丁磺酸内酯及NaOH，105℃反应6h以上。反应液冷却至室温后分散于乙醇中，多次洗涤后离心收集，80℃真空干燥后得到接枝磺化丁基二氧化钛纳米管。

本发明与现有技术相比，其显著优点如下：

1、本发明方法采用纳米二氧化钛为原料，具有比纳米二氧化钛颗粒更大的表面积，由于制备过程中不包括高温焙烧环节，制备的磺化丁基二氧化钛管的离子交换容量高；2、磺酸基团不直接与二氧化钛纳米管表面连接，显示了更好的稳定性，掺杂到聚合物电解质膜中利于提高膜的机械强度、抑制燃料渗透率，提高该类聚合物电解质的综合性能。

附图说明

图1分别为二氧化钛纳米管(A)和接枝磺化丁基二氧化钛纳米管(B)的TEM图。

图2为接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的红外谱图。

图3为接枝磺化丁基二氧化钛纳米管的XPS谱图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。