一种制备氧化钛纳米管的工艺

摘要

本发明公开了一种制备氧化钛纳米管的工艺，它将由化学法制备的氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液混合后，经超声振荡分散后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中；采用100-350℃温度、反应釜内压力采用3-7MPa、500-1000R/min搅拌转速、100-2000W超声波功率、50-100kHz超声波频率，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行10-50min水热合成反应，使氧化钛纳米粉形成晶型氧化钛纳米管。它既能够缩短反应时间，提高生产效率，又能够保证氧化钛纳米管纯度，有利于实现氧化钛纳米管大规模工业化生产。

权利要求

1.一种制备氧化钛纳米管的方法，其特征在于：该制备氧化钛纳米管的方法包括如下步骤：

(1)将由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉与浓度为5-20mol/L的氢氧化钠溶液混合后，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5-20min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中，氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液按每1ml的氢氧化钠溶液中加入1-150mg氧化钛纳米粉混合；

(2)水热反应温度采用100-350℃，反应釜内压力采用3-7MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500-1000R/min，超声波功率采用100-2000W，超声波频率采用50-100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为10-50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为

5-30nm、内径为3-25nm、长50-1000nm的晶型氧化钛纳米管；

(3)反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中，采用低于100℃的低温烘干即可。

2.如权利要求1所述的制备氧化钛纳米管的方法，其特征在于：所述晶型氧化钛纳米管为锐钛矿型，或金红石型，或混晶型的晶型氧化钛纳米管。

3.如权利要求1所述的制备氧化钛纳米管的方法，其特征在于：所述由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉为水热合成法制备的氧化钛纳米粉，或溶胶-凝胶法制备的氧化钛纳米粉。

说明书

一种制备氧化钛纳米管的工艺

技术领域

[0001] 本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种在高温高压水热环境中同时利用超声波进行协同作用制备氧化钛纳米管的工艺。

背景技术

[0002] 纳米氧化钛(TiO2)是一种新型半导体材料，其化学性质稳定、无毒、难溶、价格低廉，也是一种较为理想的半导体光催化剂，在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等诸多方面具有广阔的应用前景。氧化钛纳米管与其它形态的纳米材料相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力，因而具有更高的光催化性能、光电转换效率，将氧化钛制备成纳米管是一种提高纳米氧化钛光催化性能的新途径。

[0003] 快速、高效、可控合成纳米管状材料是目前化学、材料、物理领域研究的热点。目前制备氧化钛纳米管的方法主要有水热合成法，近来也出现了超声化学法。

[0004] 其中水热合成法是目前合成纳米管和纳米粉体的主要方法。水热合成法也称水热法是指在特制的密闭反应容器高压釜里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器的加热，创造一个高温、高压(一般在高于100℃和高于一个大气压)的反应环境，使得通常条件下难溶或者不溶的物质溶解、重结晶或解离的一种方法。在水热条件下，物质玻璃相或非晶相的晶化速率较通常条件下提高几个数量级；由于水热条件下的反应处于分子水平，反应活性提高，因而水热反应可以替代某些高温固相反应；又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同，因而水热反应体系中产生的高温高压可制备一些常温下一般湿化学方法难以合成的新化合物和新材料。高温高压水热反应的开拓及其在此基础上开发出来的水热合成路线，已成为目前获取多数无机功能材料和特种组成与结构的无机化合物以及纳米材料的重要途径。但水热法制备纳米管最大弊端是反应时间长，一般在20h以上，同时反应产物长度和直径难于控制；并且制备一定晶型(锐钛矿型、金红石型、混晶型)的氧化钛纳米管还需后续热处理才能最终成型。如西南科技大学硕士学位论文(2007)“离子掺杂钛酸盐纳米管的水热合成及物理性能研究”报道的在140℃温度下、以高压釜制备掺杂钛酸盐纳米管需要7天时间。又如公开号为CN101302036A的“一种掺杂二氧化钛纳米管的制备方法”，其水热反应过程需20h，且需后续400℃保温2.5h的热处理才能制得所需晶型的氧化钛纳米管。但尽管如此，水热法仍是目前纳米材料工业规模化生产的主要方法，怎样提高纳米材料工业规模化生产的效率，成为人们研究的对象。

[0005] 近年来，利用超声技术合成新材料的研究十分活跃，超声空化所引发的特殊物理、化学环境为人们制备纳米材料提供了重要的途径。如公开号为CN101239738A的“一种二氧化钛纳米管制备方法”公开了一种利用超声波在低温下合成氧化钛纳米管的方法，该法将自制的氧化钛纳米粉置于超声反应装置中，在具有有机添加剂和氢氧化钠溶液的情况下，采用低于100℃的低温合成氧化钛纳米管。该技术制得的氧化钛纳米管为无定型的氧化钛(即非晶态氧化钛纳米管)，其在制备纳米管过程中须加入有机添加剂作为分散剂，该有机添加剂虽然能够在反应产物表面形成保护膜，达到阻碍产物聚集的目的，但在反应过程中由于有机添加剂的存在，同样会在参与反应的纳米粉表面形成保护膜，阻碍纳米粉与氢氧化钠的反应，使反应效率降低、反应时间加长；另外由于有机添加剂的存在，也会影响产物的纯度，增加后续清洗的难度，且加入的有机添加剂如聚乙烯醇、聚丙烯酸等人体吸入、摄入或经皮肤吸收后有害。另外，由于是在低温进行强碱超声反应，反应物还须在稀硝酸中进行30-180min的后续超声处理才能得到氧化钛纳米管，如要获得一定晶型的氧化钛纳米管还需进行进一步的热处理，因此存在不能够直接获得所需晶型氧化钛纳米管的缺陷。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对现有水热法或超声波化学法制备纳米管存在的缺陷，提供一种制备氧化钛纳米管的工艺，它采用在高温高压水热环境中同时利用超声波进行协同作用制备氧化钛纳米管的工艺，既能够缩短反应时间，提高生产效率，又能够保证氧化钛纳米管纯度。

[0007] 本发明的目的是这样实现的：

[0008] 该制备氧化钛纳米管的工艺包括如下步骤：

[0009] (1)将由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉与浓度为5-20mol/L的氢氧化钠溶液混合后，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5-20min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中；

[0010] (2)水热反应温度采用100-350℃，反应釜内压力采用3-7MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500-1000R/min，超声波功率采用100-2000W，超声波频率采用50-100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为10-50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为5-30nm、内径为3-25nm、长50-1000nm的晶型氧化钛纳米管；

[0011] (3)反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中，采用低于100℃的低温烘干即可。

[0012] 所述晶型氧化钛纳米管为锐钛矿型，或金红石型，或混晶型的晶型氧化钛纳米管。

[0013] 所述由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉与浓度为5-20mol/L的氢氧化钠溶液混合，按每1ml的氢氧化钠溶液中加入1-150mg氧化钛纳米粉混合。

[0014] 所述由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉为水热合成法制备的氧化钛纳米粉，或溶胶-凝胶法制备的氧化钛纳米粉。

[0015] 由于采用了上述方案，将经超声振荡分散5-20min后形成悬浊液，再注入设置有超声波振动子的水热合成反应釜中，水热反应温度采用100-350℃，反应釜内压力采用3-7MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500-1000R/min，超声波功率采用100-2000W，超声波频率采用50-100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为10-50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为5-30nm、内径为3-25nm、长50-1000nm的晶态氧化钛纳米管。实现了水热合成与超声化学的全过程协同，反应速度快于单独的水热合成法或超声化学法，制备时间大为缩短，制备的纳米管分散性好；本发明可通过水热合成温度控制氧化钛纳米管的晶型，可通过控制超声波频率及功率有效控制反应过程中纳米管的长径比，并且利用超声波的空化作用可以使晶型形成的速度加快；由于反应过程中始终有超声波的震荡分散作用和搅拌器的高速搅拌，纳米粉一次加入量大于一般的水热合成方法，纳米管的产量被较大幅度提高，有利于实现氧化钛纳米管大规模工业化生产。

[0016] 本发明利用目前最常使用的水热合成法制备的或溶胶凝胶法制备的氧化钛纳米粉作为前驱物，使氧化钛纳米粉易于获得；同时省略了首先由用热处理将氧化钛纳米粉制备成晶化纳米粉的步骤；并且在反应过程中，由于超声波及搅拌器的共同作用，前驱物纳米粉和产物纳米管始终处于高度分散状态，整个反应过程无需使用分散剂，方法简单，使作为前驱物的氧化钛纳米粉能够在高温高压水热环境中同时利用超声波进行协同作用直接得到所需氧化钛纳米管，极大的提高了生产效率。

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

[0018] 图1为本发明的制备工艺流程图；

[0019] 图2为本发明中使用的水热合成反应釜结构示意图。

[0020] 附图中，1为出料口，2为阀门，3为搅拌器，4为搅拌轴，5为反应釜，6为超声波发射器，7温度传感器，8为压力传感器，9为釜盖，10为超声波发生器，11为压力表，12为温度表，13为调速电机，14为托架，15为投料口，16为进料管，17为电加热层。

具体实施方式

[0021] 本制备氧化钛纳米管的工艺所用的反应釜采用设置有超声波振动子的水热合成反应釜，该反应釜的结构如下：反应釜5的釜底设有出料口1，出料口1设有放料的阀门2，反应釜5的釜壁设有电加热层17，反应釜5的上端设置可开启或关闭的反应釜盖9，反应釜盖9通过多个螺栓与反应釜5连接固定，反应釜盖9的中心安装调速电机13，位于反应釜5中的搅拌器3的搅拌轴4伸出釜盖连接电机轴，反应釜盖9上设置一插入反应釜5中的进料管16，进料管16的上端设有比进料管16直径大的投料口15，反应釜盖9上设有连通压力表11的压力管，压力管插入反应釜5内的端部设有传感器8，反应釜盖9上设有连接温度表12的传道管，传道管插入反应釜5内液体中的端部设置温度传感器7，反应釜盖9上设有多个超声波发生器10，各个超声波发生器10的超声波发射器6插入注入反应釜5内的液体中。本实施例采用四个超声波发生器10，四个超声波发生器10的超声波发射器6均匀分布在反应釜5内。

[0022] 本制备氧化钛纳米管的工艺包括如下步骤：

[0023] (1)将由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉与浓度为5-20mol/L的氢氧化钠溶液，按每1ml的氢氧化钠溶液中加入1-150mg氧化钛纳米粉混合后，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5-20min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中；所述由化学法制备的粒径小于50nm的氧化钛纳米粉为水热合成法制备的氧化钛纳米粉，或溶胶-凝胶法制备的氧化钛纳米粉。

[0024] (2)水热反应温度采用100-350℃，反应釜内压力采用3-7MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500-1000R/min，超声波功率采用100-2000W，超声波频率采用50-100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为10-50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为5-30nm、内径为3-25nm、长50-1000nm的晶型氧化钛纳米管；所述晶型氧化钛纳米管为锐钛矿型，或金红石型，或混晶型的晶型氧化钛纳米管。

[0025] (3)反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中，采用低于100℃的低温烘干即可。

[0026] 下面通过实施例以进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步，[0027] 实施例1

[0028] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉80mg，加入80ml浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用100℃，反应釜内压力采用3MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500R/min，超声波功率采用100W，超声波频率采用50kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为10min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为5nm左右、内径为3nm左右、长1000nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0029] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为5nm，内径为3nm，长约为1000nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0030] 实施例2

[0031] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为30-40nm的氧化钛纳米粉5500mg，加入80ml浓度为15mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散10min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用150℃，反应釜内压力采用4MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500R/min，超声波功率采用1000W，超声波频率采用80kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为30min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为20nm左右、内径为15nm左右、长500nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0032] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为20nm，内径为15nm，长约为500nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0033] 实施例3

[0034] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为40-50nm的氧化钛纳米粉12000mg，加入80ml浓度为20mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散20min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用180℃，反应釜内压力采用5MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用2000W，超声波频率采用100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为30nm左右、内径为25nm左右、长100nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0035] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为30nm，内径为25nm，长约为100nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0036] 实施例4

[0037] 取由水热合成法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉400mg，加入80ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用350℃，反应釜内压力采用7MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用2000W，超声波频率采用100kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为10nm左右、内径为8nm左右、长1000nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用
90℃低温烘干即可。

[0038] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为10nm，内径为8nm，长约为1000nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为金红石型。

[0039] 实施例5

[0040] 取由水热合成法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉400mg，加入80ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用100℃，反应釜内压力采用3MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用300W，超声波频率采用50kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为30min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为10nm左右、内径为8nm左右、长500nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用
90℃低温烘干即可。

[0041] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为10nm，内径为8nm，长约为500nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0042] 实施例6

[0043] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉400mg，加入80ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用100℃，反应釜内压力采用3MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用1000W，超声波频率采用50kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为40min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为15nm左右、内径为10nm左右、长500nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0044] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为15nm，内径为10nm，长约为500nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0045] 实施例7

[0046] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉400mg，加入80ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散10min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用300℃，反应釜内压力采用6MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用1000W，超声波频率采用50kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为20nm左右、内径为15nm左右、长500nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0047] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为20nm，内径为15nm，长约为500nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为金红石型。

[0048] 实施例8

[0049] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉150mg，加入80ml浓度为12mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散10min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用100℃，反应釜内压力采用3MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500R/min，超声波功率采用1200W，超声波频率采用80kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为25nm左右、内径为20nm左右、长800nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0050] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为25nm，内径为20nm，长约为800nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0051] 实施例9

[0052] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉150mg，加入80ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用250℃，反应釜内压力采用6MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为1000R/min，超声波功率采用1500W，超声波频率采用80kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为50min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为20nm左右、内径为15nm左右、长800nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0053] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为20nm，内径为15nm，长约为800nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为金红石和锐钛矿混晶型。

[0054] 实施例10

[0055] 取由溶胶-凝胶法制备的颗粒粒径为20-30nm的氧化钛纳米粉150mg，加入80ml浓度为15mol/L的氢氧化钠溶液中混合，置于超声振荡装置中进行超声振荡分散，经超声振荡分散5min后形成悬浊液，再注入设置有超声波发射器的水热合成反应釜中。启动电加热器对水热合成反应釜中的悬浊液加热，水热反应温度采用150℃，反应釜内压力采用4MPa，水热合成反应釜的搅拌器的搅拌转速为500R/min，超声波功率采用300W，超声波频率采用60kHz，使氧化钛纳米粉与氢氧化钠溶液在高温高压水热环境中同时协同超声波作用进行水热合成反应形成反应液，反应时间为40min；使反应液中的氧化钛纳米粉形成外径为30nm左右、内径为25nm左右、长500nm左右的晶型氧化钛纳米管。反应结束后取出反应液，经过滤、清洗至反应液呈中性，将反应液离心后收取晶型氧化钛纳米管放入干燥箱中采用90℃低温烘干即可。

[0056] 对制备所得的氧化钛纳米管进行检测，取1mg产物经TEM检验知该氧化钛纳米管外径约为30nm，内径为25nm，长约为500nm；取1g产物经XRD检验得知所得氧化钛纳米管为锐钛矿型。

[0057] 本发明不仅仅局限于上述实施例，除上述实施例所采用的由水热合成法制备的或由溶胶-凝胶法制备的氧化钛纳米粉作为前驱物外，氧化钛纳米粉也可采用由微乳液法制备的氧化钛纳米粉，或由沉淀法制备的氧化钛纳米粉前驱物，这些作为前驱物的氧化钛纳米粉都是目前最常用的方法制备，容易大量获得，为大规模工业化生产氧化钛纳米管提供了有利条件。