纳米二氧化钛

1引言

纳米微粒是指尺寸为纳米量级的超微颗粒,它的尺度大于原子簇,小于通常的微粒,粒径一般在1～100 nm之间。由于纳米微粒有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等基本特性,使得纳米微粒以及纳米材料具有常规微粒和常规材料没有的独特的光、电、磁、热以及催化性能。自从1984年Gleiter 等人关于纳米材料的报道以来,纳米材料以其优异的性能引起人们的普遍关注。

纳米TiO2 是一种附加值很高的功能精细无机材料。因其具备良好的耐侯性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异等特点,被广泛应用于汽车面漆、感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、气体传感器及电子材料等。但由于纳米TiO2 大的比表面及较多的表面空键,在制备和应用过程中极易发生团聚,使其优异的性能得不到充分的发挥。近年来人们关于纳米TiO2 改性方面的工作已经做了很多,达到了改性的目的,现综述纳米TiO2 的性质与改性的关系及改性的方法和机理。

2TiO2 的基本结构

TiO2 是金属钛的一种氧化物,其分子式为TiO2。根据其晶型,可分为板钛矿型、锐钛矿型和金红石型三种。其中锐钛矿型TiO2 属于四方晶系,其晶格参数a 0 = 3. 785 ! , c0 = 9. 514 ! 。图1为锐钛矿型TiO2 的单元结构,钛原子处于钛氧八面体的中心,其周围的六个氧原子都位于八面体的棱角处,有四个共棱边,也就是说，锐钛矿型的单一晶格有四个TiO2 分子。锐钛型TiO2 的八面体呈明显的斜方晶型畸变, Ti—O键距离均很小且不等长,分别为1. 937 ! 和1. 964 ! , 这种不平衡使TiO2分子极性很强,强极性使TiO2 表面易吸附水分子并使水分子极化而形成表

面羟基。这种表面羟基的特殊结构使其表面改性成为可能,它可作为广义碱与改性剂结合,从而完成对TiO2 的表面改性。

3TiO2 的表面性质

3. 1表面超亲水性

目前的研究认为,在光照条件下, TiO2 表面的超亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光照射下,TiO2 价带电子被激发到导带,电子和空穴向TiO2 表面迁移,在表面生成电子空穴对,电子与Ti4 +反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面羟基) ,化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附层。

3. 2表面羟基

相对于其它半导体半金属材料的金属氧化物, TiO2 中Ti—O键的极性较大,表面吸附的水因极化发生解离,容易形成羟基。这种表面羟基可提高TiO2 作为吸附剂及各种担体的性能,为表面改性提供方便。

3. 3表面酸碱性

TiO2 用于涂料时,其表面酸碱性与涂料介质密切相关。在改性时常加入Al、Si、Zn等氧化物,Al或Si的氧化物单独存在时无明显的酸碱性,但与TiO2 复合,则呈现强酸碱性,可以制备固体超酸。因此,加入其它金属氧化物改性时,可以形成新的酸碱点。MoO3 —TiO2 表面有较强的酸性,而ZnO—TiO2 表现出明显的碱性。这样的表面由于酸碱作用能强烈地吸附某些酸性或碱性有机物,从而完成对纳米二氧化钛的有机改性。

3. 4表面电性

TiO2 在干粉状态通常带有静电荷, TiO2 颗粒在液态(尤其是极性的)介质中因表面带有电荷就会吸附相反的电荷而形成扩散双电层,使颗粒有效直径增加,当颗粒彼此接近时,因各具同性电荷而相斥,有利于分散体系的稳定。经Al2O3 包膜的TiO2 表面具有正电荷,而用SiO2 处理的TiO2 带负电荷。经硅铝复合包膜的TiO2 ,当质量Al2O3/SiO2> 1时,带正电荷,当Al2O3 /SiO2 < 1时,带负电荷。调整Al2O3 /SiO2的比例,可改变TiO2 在不同介质中的分散性。笔者对TiO2 进行了包硅处理,发现其表面状态确实发生了改变,改性前TiO2 的等电点为3. 55,而改性后为2. 5。

4纳米TiO2 的表面改性

4. 1利用无机化合物进行改性

无机包膜的原理是在纳米TiO2 浆液中添加无机盐,在TiO2 颗粒表面进行沉淀反应,形成表面包覆,而后经洗涤、脱水、干燥等工序使包覆层牢固的固定在颗粒的表面以达到改善性能的目的。常用的方法有铝包膜、硅包膜、铁包膜和硅- 铝复合包膜等。如硅包膜原理:在二氧化钛浆液中,加入水溶性的硅化合物如硅酸钠,用酸中和至pH为8～10,使硅以Si (OH) 4 形式沉淀在二氧化钛颗粒的表面。水溶性的硅酸钠在适当的pH下能沉析出溶于水的单分子正硅酸Si (OH) 4 ,这种单分子正硅酸以不同的速率进行聚合,开始沉析出单体形式的正硅酸或低聚合度的硅酸聚合物,活性很大称活性硅,它牢固地键合到二氧化钛表面羟基上,在二氧化钛表面形成成核点,在这些成核点上它很快缩聚生成硅的聚合物,随着聚合的不断进行致密二氧化硅包覆层开始生长,在二氧化钛粒子表面上形成一层连续的二氧化硅表皮状固体膜。这种膜具有均匀连续和致密的特点,它使介质不能直接与二氧

化钛表面接触起到保护膜的作用。事实证明这种包膜不仅是物理包膜,而且是一种化学键合, Si (OH) 4 作为强烈的电子受体,它直接连接到二氧化钛的表面羟基Ti—OH基团上,使具有活性的Ti —OH基团变为Ti—O—Si键。

4. 2利用有机化合物进行改性

包覆的原理:在纳米TiO2 浆液中加入有机处理剂,以物理吸附和化学吸附两种形式吸附在TiO2 颗粒的表面。物理吸附是因为有机表面活性剂分子一般由亲水的极性基和亲油的非极性基两部分组成,当它与有极性的TiO2 分子接触时,它的极性基便被吸附在TiO2 的表面,让非极性基展露在外与漆基亲和,从而使界面张力降低,促使漆基渗入聚集在一起的TiO2 颗粒中,而将空隙中的空气排斥,使TiO2 颗粒相互分离,达到分散的效果。另外,吸附的有机物分子具有一定刚度的碳链可以阻止颗粒的相互接近,以达到阻止凝聚的目的;化学吸附是有机处理剂与TiO2 表面存在的羟基起反应而连接起来。例如三已醇胺与TiO2 的反应: 3TiO2 —OH + (HOCH2CH2 ) 3N→(TiOCH2CH2 ) 3N + 3H2O。

常用的有机表面处理剂有醇胺类化合物如二异丙醇胺、乙醇胺、三乙醇胺等;多元醇如季戊四醇、丙二醇、辛戊二醇等;有机硅化合物如甲基硅油、三甲基氯硅烷等;有机盐酸如次亚甲基萘磺酸盐、木质素磺酸钠等。另外,有文献报道,在TiO2 的表面包覆硬脂酸,使Ti4 +与羧酸形成二齿配合物,能均匀稳定存在于有机相中。

4. 3高能量表面改性

利用紫外线、电晕放电、红外线、等离子体照射等进行表面处理,由于技术复杂、成本较高,应用不多。

5纳米TiO2 的表面改性研究进展

在查阅文献的过程中得知,关于TiO2 的表面处理的研究在国内外都很活跃。在国外,例如帝国公司用TiOSO4 水解得纳米TiO2 后分别用硬脂酸钠、三乙醇胺处理,其透明性与紫外屏蔽效果都得到了提高。此外该公司为了提高纳米TiO2 在涂料中的分散性、耐热耐候性和涂层之间的附着力,纳米TiO2 表面用SnO2 - ZrO2 - SiO2 - Al2O3 进行复合包膜处理。在国内,也展开了这方面的研究并取得了一些很有意义的结果。邹柄锁等首次报道了表面包覆硬脂酸的TiO2 超微粒吸收光谱带也有明显蓝移,在室温有光致发光现象,并对这一现象给出了初步的理论解释。谭俊茹等分别研究了SnO2 - Al2O3 交替包覆的金红石型/云母珠光颜料的耐酸、碱、紫外光、耐硫化氢、有机溶剂和耐热性的情况。表明了表面包覆后的金红石/珠光颜料的耐性性能明显优于未包覆的颜料的性能。崔爱莉等对直径为0. 2～0. 4 um的TiO2 粒子硅铝包膜,大大提高了TiO2 分散性、耐光性、耐候性和抗粉化性。李爱媛,李凤翔采用并流中和法对40 kW等离子氧化法初制TiO2 进行硅铝双层包覆表面处理,使TiO2 的化学活性和颜料的其它一些性能都有明显的改进。李晓娥等对利用偏钛酸热分解法制备的TiO2 进行表面处理,并对产品进行分析,得出经水合二氧化硅表面处理后的超细TiO2 ,其紫外线的屏蔽能力有很大的提高、透光性好、分散性好且粒子粒径分布窄,球形度好。对于TiO2无机包膜处理的方法最常用的是采用中和沉积法,这种方法分为两类。一类是加碱到酸性浆液中,使处理剂沉积下来。常用的碱性沉淀剂有NH3·H2O、NaOH、NaCO3 等。

另一类是加酸到碱性溶液中,使处理剂沉积下来。酸性沉淀剂包括H3 PO4、H2 SO4、HNO3、HCl。中和沉积法在实际应用中有两种方案,一种是快速包膜,这种方法虽然大大缩短了反应时间,但操作过程较繁琐,而且不易控制,在国内还未见报道。另一种是常规包膜,这种方法需要反应时间较长,但操作简单易控制,采用此法可以在TiO2 的表面形成一层致密膜。

最新发展了一种用SiO2、Al2O3 或SiO2 /Al2O3 包覆TiO2 的方法—化学气相沉积法。该方法是在1 300～1 500 ℃高温下,管式反应器中,在流动的气氛下,首先TiCl4 与O2 反应生成TiO2 ,然后与SiCl4、AlCl3 或SiCl4、AlCl3 的混合物混合。通过调节温度和反应物浓度来控制包覆的厚度和致密程度。这种方法的包覆机理有两步:首先,金属氯化物化学气相沉积在TiO2 颗粒的表面;然后,它们之间发生气相反应,生成氧化物SiO2、Al2O3 或SiO2 /Al2O3 ,这些氧化物通过烧结紧密结合在一起。此法虽然为TiO2 颗粒表面包覆提供了一种新的途径,但由于在高温下通过气相反应来实现的,实际应用时成本较高。还有很多文献都介绍并研究了硅铝包覆TiO2 ,但大多数是进行复合包膜,很少进行单包硅的研究。针对四氯化钛直接水解制得的纳米TiO2 采用并流中和法进行单包硅处理,探索其形成的机理,并详细讨论影响表面包覆的主要因素,找出最佳包覆实验条件,确定了最大包覆量,从紫外线的吸收能力、分散稳定性及酸溶性等方面综合分析改性前后产品的性能变化,得出包膜改性后的TiO2 分散性、酸溶性都得到了明显的改善。确定出要得到紫外吸收能力大的TiO2 ,包SiO2 含量在5%左右效果最好。关于有机改性国外研究的较多,Dong Guk Yu等研究了甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸通过共聚作用接枝在TiO2 粉体的表面,通过红外、热重表征表明共聚物包覆在二氧化钛的表面。Caseri等在TiCl4 水解过程中加入4—十二烷基苯磺黄酸钠(DBSA) ,水解后的产物用甲苯多次萃取、提纯得到经DBSA表面改性的金红石的TiO2 粉体。DBSA通过磺酸基与氧化钛粉体表面相互作用而吸附在表面,疏水性的十二烷基则远离表面,因此表面改性后的TiO2 很容易分散在有机介质中。Rajh等用维生素C修饰TiO2 粉体表面,使吸收谱产生1. 6 eV的红移,提高了颗粒表面的电荷- 空穴分离能力。

6展望

目前, TiO2 的应用领域正在进一步扩展,尤其是随着环境问题的日益严峻,纳米TiO2 作为一种有效降解污染物的光催化剂正受到前所未有的重视。TiO2 表面处理是扩大其领域的必不可少的一个环节。

根据目前的研究工作,今后TiO2 表面处理的研究重点应放在以下几个方面: (1)选择合适的改性剂,拓宽纳米TiO2 光吸收波长范围,充分利用太阳能,发挥纳米TiO2 的光催化性能。

(2)目前对于包覆所依据的化学原理研究不多,大多数研究结果也只是通过表征作出定性判断,其理论依据并不充分。因此,在今后的研究中应该在这方面开展更深入的研究。

二氧化钛及其应用

编辑本段

编辑本段应用特性纳米TiO2的功能及用途纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 2.1.杀菌功能在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。 1）纳米二氧化钛抗菌特点： 1 对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强，抗菌范围广。 3 无臭味、怪味，气味小。 4耐水洗，储存期长。 5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。

6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。 2）纳米二氧化钛的抗菌原理：纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e —— + h H2O + h——·OH+ H O2 +e——O2 · O2 ·+ H——HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O2 · ——·OH+OH +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。惠尔牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性，抗菌能力强，产品易于分散。经试验表明，惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。 3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间长达2-5年。

纳米二氧化钛项目情况介绍

纳米二氧化钛项目情况介绍一、产品作用原理项目产品为纳米二氧化钛（光触媒），产品具有强大的光催化氧化还原能力、化学性质稳定、无毒、无害。在光的作用下，纳米二氧化钛（光触媒）可以产生具有极强氧化作用的超氧离子自由基、羟基自由基，能将甲醛、苯、甲苯、二甲苯等挥发性致癌有机物以及臭气、细菌、病毒等氧化分解成无害的CO 2和H 2 O。二、产品用途纳米二氧化钛（光触媒）广泛应用于室内空气净化、污水处理、涂料、化妆品、塑料、纺织品、陶瓷、玻璃、脱腥嗅、消毒杀菌等领域。例如：在养殖业可用来预防各种动物传播疫病；在纺织业可制作出多种功能纤维，如抗紫外线型、抗菌除臭型、远红外线反射型、拒水防污型等多功能的纺织产品；在油漆领域可制出着色很强的轿车金属闪光面漆和防锈漆；在涂料领域通过添加该产品可制出具有消毒杀菌和空气净化等功能的涂料产品。三、技术支撑项目来源： 1.河南省科技攻关项目“太阳能光催化纳米复合材料的合成及净化污水性能”（0624210001）。 2.河南省重点科技攻关项目“高效可见光光电转换材料组装太阳能电池” （07210220001）。项目发明专利： 1.纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法（ZL 200410060567.4）。 2.高效可见光催化剂及光电转化和发光材料TiOxNyCz的制备方法 (ZL 200610107259.1)。技术鉴定成果： 1. 《纳米二氧化钛光催化剂的简单制备方法》2005.9 2. 《可见光光电催化材料的制备》2009.5 3. 《光催化处理污水技术》2009.5

四、产品特性 1. 产品为白色粉末，自身无毒、无害、无腐蚀性、可反复使用。 2. 产品粒径在5-30nm之间，产品粒径大小可以控制。 3. 产品的光利用效率大幅度提高，在可见光的作用下，即可有效地氧化分解有害物质，杀灭细菌、病毒和除臭。用于居室、医院、禽畜养殖场的空气净化。五、技术优势 1. 四氯化钛，氨水，尿素，甲醇，原料廉价易得。 2. 一步法制备，工艺简单，工序短，节能。 3. 粒径分布均匀可控。 4. 太阳光利用效率高，催化活性高。 5. 适合大规模工业化生产。无三废。 6. 该项生产技术已获得两项国家发明专利。

国内纳米二氧化钛制备的进展

2012年第14期广东化工第39卷总第238期https://www.360docs.net/doc/3518741816.html, · 93 · 国内纳米二氧化钛制备的研究进展陈杰山 (湖南化工职业技术学院，湖南株洲 412004) [摘要]纳米二氧化钛由于其许多优异的性质而显示出日益广阔的应用前景，纳米二氧化钛的制备因此成为研究的热点之一。主要对我国在纳米TiO2粉体、纳米TiO2薄膜、一维纳米TiO2及其阵列的制备研究工作进行了综述，指出了当前在制备研究方面存在的不足，展望了今后的主要研究方向。 [关键词]纳米TiO2；制备方法；工艺条件；光催化活性 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)14-0093-03 Home Advances in Study on Preparing Nanosized Titanium Dioxide Chen Jieshan (Hunan Professional College of Chemical Technology, Zhuzhou 412004, China) Abstract：Nano-TiO2 is showing wider and wider future for its application because of many fine qualities, so the preparation of nano-TiO2 has become one of the popularities in research. The home preparation research mainly including nano-TiO2 powder, nano-TiO2 film, one-dimensioned nano-TiO2 and their arrays is summarized, thus the present shorts in research of the preparation are pointed out, and the main orientations of future research are forecast. Keywords：nano-TiO2；preparation method；technological condition；photocatalytic activity 纳米二氧化钛因为具有一系列优良的性能(如颜色效应、光催化活性、对紫外线的屏蔽、化学稳定性等)、可以广泛应用于诸多领域(如水处理、化工、太阳能电池、颜料和涂料、化妆品、纺织、食品、环保等)而备受青睐，从一开始就成为纳米材料领域的研究热点之一。我国对纳米二氧化钛的研究虽比世界上主要科技强国晚了十来年，但发展很快。1992年，中国真空学会召开了第一届全国纳米科学与技术学术会议，标志着我国大规模研究纳米材料尤其是纳米二氧化钛的开始。从那时至今，通过无数科学工作者的努力，我国不但在实验制备与表征各种纳米二氧化钛材料、研究材料功能与特异性以及探讨有关过程的机理等方面作了大量的工作，还在其应用、产业化制备、产品标准化等方面取得了令人瞩目的成就，使我国在纳米二氧化钛的研究领域接近了世界先进水平。文章仅对我国在纳米二氧化钛制备方面的研究进展进行综述。 1 纳米二氧化钛粉体的制备到目前为止，已经被研究过的纳米二氧化钛粉体的制备方法不下二十来种[1,2]，按照反应物的相态可以将它们分为气相反应法、液相反应法和固相反应法三大类，而按照制备过程是否发生化学变化又可以将它们分为物理法和化学法两大类，也可以按照钛源的不同而对制备方法进行分类。我国在纳米TiO2粉体的制备方面所做的研究可以概括为以下三个方面。 1.1 探索与改善已有方法的工艺条件从李晓娥[3]等采用溶胶-凝胶法成功制得锐钛矿型纳米TiO2开始，国内对纳米TiO2粉体的制备研究一直没有停止过[4-9]。由于我国对纳米TiO2的研究起步较晚，当我们开始相应的制备研究时，国外已有多种制备方法趋于成型，所以我们在制备方面所做的研究主要是认识各种制备方法、对方法的工艺条件进行改善与优化等。主要研究了各种制备方法中的反应条件、制备过程的反应机理、影响纳米TiO2质量(晶型、粒子平均直径、颗粒均匀度、团聚度、杂质含量等)的主要因素，掌握了以不同方法制备纳米TiO2粉体或浆料、制备不同晶型与形貌的纳米TiO2的技术，实现了非晶纳米TiO2向锐钛型纳米TiO2、锐钛型纳米TiO2向金红石型纳米TiO2的转化，改善与优化了制备的工艺条件。在纳米TiO2粉体制备的产业化方面，通过进行各种制备方法在小试基础上的放大和半产业化生产的试验[10]，逐步确立了我国工业化生产纳米TiO2粉体的技术路线、不同生产规模下的工艺方案、主要设备的选型以及最佳工艺条件，使我国纳米TiO2粉体生产能力迅速提高，产品已经可以向国外出口。 1.2 采用不同钛源制备纳米二氧化钛在最初的制备中，为了保证纳米TiO2的质量，多采用试剂级Ti(OR)4或TiCl4为前驱体，这就使得我国早期纳米TiO2的生产成本很高，产品在国际市场毫无竞争力可言。而我国是一个钛资源丰富的国家，有众多的钛企业，钛生产、加工过程的中间产物、副产物量非常大，如果能够将它们应用到纳米TiO2的工业生产中，不但可以降低生产成本，还可以开发上述中间产物、副产物的附加价值，更加充分合理地利用我国钛资源。因此从本世纪初开始，我国就开始研究利用除Ti(OR)4、TiCl4以外其它钛源制备纳米二氧化钛，主要的探索有[11-15]：以正钛酸为原料制备纳米TiO2，以硫酸法生产钛白的中间产物TiOSO4(或H2TiO3)为原料生产纳米TiO2，以工业钛液(含一定量TiOSO4)为原料在低温、常压下制备纳米TiO2，用硝酸处理非晶氧化钛或一些其它的钛(Ⅳ)化合物制备纳米TiO2。这些研究成果拓宽了制备纳米TiO2的钛源，降低了原料价格，还为大量钛工业中间产品、副产品的处理与利用找到了良好的出路。有的研究还降低了反应的温度和压力，降低了对生产设备的材质要求，使操作更加简便安全。还有的研究可以让原来生产钛白的小厂家在对生产设备进行简单改造后转而生产纳米TiO2，拓展了小厂家的生存空间，提高了小厂家的生存能力。 1.3 应用各种新技术制备纳米二氧化钛进入21世纪，我国科学工作者及时跟踪国际上纳米二氧化钛制备的新技术，先后进行了在超重力场下水解反应制备纳米TiO2、通过反萃沉淀法制备纳米TiO2、将超声处理引入纳米TiO2制备、将微波加热方法引入纳米TiO2制备、采用离子液体微乳液体系制备纳米TiO2等试验研究[16-20]。这些研究，有的简化了传统的工艺流程，有的大大缩短了反应时间或降低了反应温度，有的则显著改善了产品性能，有的制得了具有特殊性能、能满足特定要求的产品。 2 纳米二氧化钛薄膜的制备由于太阳能电池和传感器等领域的需要，以及为了解决纳米TiO2粉体作为光催化剂使用时难于均匀分散、使用后难于分离回收等问题，上世纪末，国际上开始了对纳米TiO2薄膜的研究，到目前为止已经开发出了多种制备方法[21]，一些发达国家已经实现了纳米TiO2薄膜的工业化生产。我国在这一领域起步稍晚，但已有许多研究成果。 2.1 纯纳米二氧化钛薄膜的制备从罗瑾等[22]在国内首先进行纳米TiO2薄膜制备研究开始，研究者们先后采用钛酸乙酯热分解法、反应离子溅射法、电沉积法、直流磁控溅射技术、TiCl4水解法等方法进行了制备纳米TiO2薄膜的试验[23-26]。通过研究，基本解决了薄膜制备的主要技术问题，包括通过控制反应条件来控制薄膜的晶型与形貌、选择薄膜的最佳基质(载体)、增强薄膜在基质上的附着力、通过多种方法(如多孔化及表面处理)提高薄膜的吸附能力和光催化活性、使薄膜的吸收带边红移等。不过到目前为止，未见国内有纳米TiO2薄膜的产业化生产的报道。 2.2 掺杂及复合纳米二氧化钛薄膜的制备在向纳米TiO2薄膜中掺杂方面，国内进行了掺入锡、铯等金属的研究[26-28]，结果表明：掺杂适当金属后膜的光催化活性有不同程度的提高；掺入某些金属可以导致膜的吸收带边红移，意味 [收稿日期] 2012-08-29 [作者简介] 陈杰山(1962-)，男，湖南人，硕士，副教授，主要从事废水处理研究。

纳米二氧化钛的性质及应用进展

纳米二氧化钛的性质及应用进展牙膏工业2006年第3期纳米二氧化钛的性质及应用进展李志军王红英 (深圳职业技术学院工业中心518055) 摘要:纳米二氧化钛微粒具有大的比表面积,其表面原子数,表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,由于其尺寸的细微化,表现出独特的物理和化学特性,导致纳米二氧化钛微粒的热,光,敏感特性和表面稳定性等方面不同于常规粒子,这就使其在环境,信息,材料,能源,医疗与卫生等领域有着广阔的应用前景.综述了纳米二氧化钛的性质,并介绍了近年来纳米二氧化钛的应用研究发展动态. 关键词:纳米粉体二氧化钛性质应用纳米微粒是指颗粒尺寸在I—lOOnm的超细微粒.由于纳米微粒具有了量子尺寸效应,小尺寸效应,表面效应和量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化,滤光,光吸收,医药,磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景.纳米二氧化钛因其具有粒径小,比表面积大,磁性强,光催化,吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大,热导性好,分散性好,所制悬浮液稳定等优点,因此倍受关注,制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点….本文将介绍纳米二氧化钛的一些基本性质及其主要的应用研究进展. 1纳米TiO的基本结构二氧化钛是金属钛的一种氧化物,其分子式是 TiO.根据其晶型,可分为板钛矿型,锐钛矿型和金

红石型三种.其中锐钛矿型TiO属于四方晶系,其晶格参数仅0=37.85nm,C0=95.14nm.图1为两种晶型单元结构图.锐钛矿型TiO的单元结构中钛原子处于钛氧八面体的中心,其周围的6个氧原子都位于八面体的棱角处,有4个共棱边,也就是说,锐钛矿型的单一晶格有4个TiO分子.锐钛型TiO的八面体呈明显的斜方晶型畸变,Ti—O 键距离均很小且不等长,分别为I.937×10.m和1.964×10.11'1,这种不平衡使TiO分子极性很强, 强极性使TiO表面易吸附水分子,使水分子极化而形成表面羟基. 这种表面羟基的特殊结合使其表面改性成为可 ●Ti oO 金红石型 (a)(b) 图1TiO2的两种晶型单元结构图[.】能,它可作为广义碱与改性剂结合,从而完成对TiO2的表面改性. 2纳米TiO的表面性质 2.1表面超亲水性目前的研究认为,在光照条件下,TiO表面的超亲水性起因于其表面结构的变化.在紫外光照射下,TiO价带电子被激发到导带,电子和空穴向 TiO表面迁移,在表面生成电子空穴对,电子与 Ti反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价的钛离子和氧空位.此时,空气中的水解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面羟基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附

纳米二氧化钛(TiO2)光触媒杀菌净化技术介绍

納米二氧化钛光催化技术介绍纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体の效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（OH.）和超氧阴离子自由基（O2-），从而转化为一种具有安全化学能の活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌の作用。纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好の化学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景の绿色环保催化剂之一。无毒害の纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化の功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间の多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用の环保材料。光催化原理 - 什么是光催化光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化剂 [catalyst]の合成词。主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种领域。光催化在光の照射下会产生类似光合作用の光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力极强の自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。并且把有机污染物分解成无污染の水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。光催化在微弱の光线下也能做反应，若在紫外线の照射下，光催化の活性会加强。近来, 光催化被誉为未来产业之一の纳米技术产品。 - 光催化反应原理

TiO2当吸收光能量之后，价带中の电子就会被激发到导带，形成带负电の高活性电子e-,同时在价带上产生带正电の空穴h+。在电场の作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面の不同位置。热力学理论表明，分布在表面のh+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基の氧化能力是水体中存在の氧化剂中最强の，能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。由于OH.自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化中起着决定性の作用。此外，许多有机物の氧化电位较TiO2の价带电位更负一些，能直接为h+所氧化。而TiO2表面高活性のe-侧具有很强の还原能力，可以还原去除水体中金属离子。应用以上原理光催化广泛应用于杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。光催化优势光催化の空气净化技术优点 1、光催化の优点 -高效杀菌（杀菌率达到99.99%） -除臭功能 -防污/自洁、防霉功能 2、彻底の净化 -是分解而不是吸附污染物； -发生の是质变而不是量变； -对污染物具有不可逆の彻底分解； 3、广泛の净化 -能对室内几乎所有の细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用； -特别是对人们不易感知の细菌和病毒进行彻底分解； 4、实用の净化

纳米二氧化钛的研究进展

纳米二氧化钛的研究进展摘要】纳米科技是20世纪末逐步发展起来的新兴学科，为21世纪最具有科研前途的领域。纳米技术的应用，有可能使各国在世界经济中的地位发生重新排列，成为世界大国争夺的战略制高点。首先研究和发展纳米技术的国家将成为未来科技引领者。【关键词】纳米技术纳米二氧化钛【中图分类号】R2 【文献标号】A 【文章编号】2095-7165（2015）10-0196-01 纳米二氧化钛又叫超微细二氧化钛，它是一种新型无机化工材料具有：很大的比表面积、表面原子数、表面能和表面张力等特点，随着其粒径的下降而急剧增加；其表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应等导致了纳米微粒的磁、热、光、敏感特性以及表面稳定性等较常规粒子有很大的区别[1.2。3]。 1 纳米二氧化钛的抗菌性研究二氧化钛的光催化杀菌机理和光催化降解有机物污染物很类似。二氧化钛在受到大于它带隙能的光照射时，电子就能价带激发到导带，产生电子-空穴对，这些电子-空穴对与它表面上吸附的H2O或者OH－反应后，生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)和超氧负离子(O2－)。而这些基团能够穿透细菌的细胞壁，破坏细菌的细胞膜结构，阻止细菌体内成膜物质的传输，阻断细菌内呼吸系统和电子传输系统，从而能够有效地杀灭细菌。而且羟基自由基还可以降解细菌所产生的毒素，防止内毒素所引起二次感染。Kikuchi等[4]经过实验发现在紫外灯照射下TiO2 纳米管阵列光催化剂具有非常好的杀灭病毒、大肠杆菌以和癌细胞等，对人的身体及生活有害物体。Kang等[5]使用CdS和Pt来修饰TiO2纳米管结构，从中得到纳米材料的三元复合体系，其在光照下对大肠杆菌具有高效的杀菌作用。 2 二氧化钛光在骨科的研究进展人工关节置换术以后的假体周围感染的治疗很棘手，由于感染组织周围缺乏血管和关节屏障等等因素，为了骨关节处达到一定的药物浓度，往往需要使用较高剂量和较长时间的全身性抗生素。随之而来的将会出现抗生素对全身各个器官的毒副作用。处于这种考虑，抗生素的局部应用作为全身使用的补充和辅助已被广为接受。而传统的骨水泥混合抗生素的使用就是最常用的手段[6.7.8]。虽然选择抗生素骨水泥是目前公认针对人工关节假体周围感染预防和治疗的标准方法[9]，但是抗生素骨水泥的使用有着如不稳定的动力学表现、导致局部的毒性反应、导致细菌耐药性的出现及加重细菌感染等许多缺陷[10.11.12]。某些学者甚至认为在解决人工关节术后感染这个难题中，术前使用抗生素、加强手术室抗菌能级、手术技术的提高、假体形态的更好的设计等等不能起到太大的作用[13.14]。随着内植物的抗菌素修饰实验的不断完善和优化，目前认为解决内植物感染的最终解决方案是从植入物材料的源头来预防治疗感染[15]。 3 二氧化钛光在肿瘤治疗中的研究进展人类从20 世纪90 年代就开始了纳米二氧化钛应用于抗肿瘤治疗研究。光照条件下，纳米二氧化钛粒子具有较高的氧化还原能力，具有分解组成微生物的蛋白质能力，从而能够杀死微生物。利用二氧化钛的这一特性，将其用于癌细胞治疗的试验便开始了[16]，结果表明在紫外光照射10min后，纳米二氧化钛颗粒能够杀死全部的癌细胞。

纳米二氧化钛的应用

纳米二氧化钛的应用纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越受到人们的广泛关注和重视。抗菌材料纳米TiO2以其优异的抗菌性能成为开发研究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、纺织品、日用品以及家用电器等各个领域。1、气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，均可有效地降解污染物，净化室内空气。利用纳米TiO2开发出来的一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx气体，而且薄板表面生成的HN03可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。2、抗菌除臭抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀能力。当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。3、处理有机污水工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物，尤其是工业污水中含有大量的有毒、有害的有机物质，这些污染物用生物处理技术很难消除。许多学者对水中有机污染物光催化分解进行了系统的研究，结果表明以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。4、处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。5、防雾、自清洁功能TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。阅读会员限时特惠 7大会员特权立即尝鲜如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。 6、抗菌塑料在日常生活中人们是离不开塑料制品的，如卫生间设施、桌面、垃圾箱、厨房用具、家用电器的塑料外壳、食品包装袋等等，由于温度、湿度合适，非常容易滋生感染细菌。因此!，对此类材料进行抗菌处理是极其必要的。徐瑞芬等【2】利用纳米TiO2作为无机抗菌剂，研制抗菌广谱长效的功能塑料。结果表明：采用锐钛矿

纳米二氧化钛综述

纳米二氧化钛的制备综述摘要综述了纳米二氧化钛的多种制备方法和原理，比较和评述了不同方法的优缺点。关键词纳米二氧化钛；制备方法；原理纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起众多科学家们的广泛关注。纳米材料是指微粒几何尺寸在1nm～l00nm范围内的固体材料。纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间的介观系统。纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质，而呈现出许多奇异的物理、化学性质，使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛TiO2是当前应用前景最为广阔的一种纳米材料，它是当前众多纳米材料中的“明星”。我国对纳米二氧化钛的研究已经进入产业化开发与生产阶段，其制备手段可分为物理和化学两大类。本文就采用化学方法制备纳米二氧化钛的一些方法进行总结，并对不同方法的优缺点进行比较和评述。一气相法 1．气相合成法气相合成法是一种传统方法。1941年德国Degussa公司率先采用气相四氯化硅氧焰水解制备自炭黑(纳米级的二氧化硅)。在20世纪80年代中后期，气相氢氧焰水解法(Aerosil法)制备纳米级TiO2开始被应用于工业生产中。其生产过程是将精制过的氢气、空气和氯化物(TIC14 )蒸汽以一定的配比进入水解炉高温水解，温度控制在18000C以上，生成TiO2的气溶胶，经过聚集冷却器停留一段时间即形成絮状大颗粒的TiO2，再经过脱酸炉脱酸(吸附在TiO2表面的HC1)后，从而得到产品，其生产原理如下： Ti+2CI4 = TiC14 TiC14 +2H2+ O2 = TiO2 + 4HCI Aerosil法的优点是：原料TiC14获得容易，可挥发，易水解，易提纯，产品无需粉碎，物质的浓度小，生成粒子的凝聚少，气相产物TiO2的表面整洁、纯度高，易控制粒径颗粒分布集中，可得到不同比表面或不同晶型的系列产品。2．气相沉积法化学气相沉积法可沉积金属、碳化物、氧化物、氮化物、硼化物等，能在几何形状复杂的物件表面涂敷，涂层与基底结合牢固，此方法发展非常迅速。魏培海以1200C Ti(OC4H9) 为源物质，将一定流量的氮气通入其中进行鼓泡，并作为载气将Ti(OC4H9)带入TiO2反应器，同时将一定量的氮气通入反应器，应用金属气相沉积(MOCVD)方法沉积TiO2薄膜。当基底物质维持在4000C时，在基底表面发生下列反应：Ti(OC4H9)+24 O2=TiO2+16CO2+18 H2O TiO2分子沉积在基底表面，形成金红石型的TiO2薄膜，膜的厚度可通过调节反应时间来控制，此膜具有较强的光响应性能及稳定性，平带电位与溶液的pH值有关，是较理想的光电化学修饰材料。李文军等也以Ti(OC4H9) 为原料，氧气作反应气体，高纯氮作载体，采用低压MOCVD法在单晶硅基片上制备了TiO2薄膜。通过控制基片温度制成不同构型的TiO2。孙顺明应用自制设备及MOCVD 技术，分别在高掺杂硅片和有透明导电膜玻璃的基片上生长了TiO2薄膜。另外，

纳米二氧化钛在生活中的应用

纳米二氧化钛在生活中的应用前言纳米TiO 2 具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO 2 还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。在此仅介绍纳米TIO 2 在光催化触媒生活中的应用。一、纳米TIO2光催化原理在日光或灯光中紫外线的作用下使Ti0 2 激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。能够起到净化室内空气的功能。纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO 2 的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO 2 + hν e —— + h H 2 O + h——·OH+ H O 2 +e—— O 2 · O 2·+ H—— HO 2 · 2HO 2· —— O 2 + H 2 O 2 H 2O 2 +O 2 · ——·OH+OH +O 2 吸附溶解在TiO 2 表面的氧俘获电子形成O 2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO 2和H 2 O;而空穴则将吸附在TiO 2表面的OH和H 2 O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。

【原创】纳米二氧化钛的现状与发展

【原创】纳米二氧化钛的现状与发展纳米二氧化钛的现状与发展（上）魏绍东1，夏林胜2 (1.东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024；2.中国科学技术大学材料科学与工程系，安徽合肥230026) 摘要：介绍了纳米二氧化钛生产的原料和几种制备方法。通过对国内外生产现状和特点的比较，提出了以硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛的工艺路线，并对工业化装置的规模、工艺方案以及存在的问题进行了介绍。关键词：纳米二氧化钛；制备工艺；硫酸氧钛；工艺路线；均匀沉淀法 Current Situtation and Development of Nanometer TiO2 WEI Shao-dong1, XIA Lin-sheng2 (1.East China Engineering Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230024,China; 2.Department of Material Science and Engineering,University of Science and Technology of China, Hefei 230026,China) Abstract: This paper summarizes several manufacture methods and the raw material production of nanometer TiO2.Through the comparison of the characteristics and the present situation of the domestic and international production of nanometer TiO2,the technological route for the manufacture of nanometer TiO2 with TiOSO4 as the raw material is presented,process scheme the scale of commercial plant as well as existent problems are introduced. Key words: nanometer TiO2; manufacture technology; titanyl sulfate; technological route; homogeneous precipitation method 引言自1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术国际会议以来，纳米材料科学作为一个相对独立的学科诞生了，此后，纳米材料引起了世界各国材料学界、物理学界和化学界的极大兴趣和广泛重视，很快形成了世界范围的“纳米热”。我国政府和有关部门也较早认识到纳米科技的重要性，并于积极地推动和财政支持。国家科委出台的“攀登计划”(1990～1999)中，就有纳米科技项目，并给予连续10年的专项支持；1999年，国家科技部又制定了“国家重点基础研究发展规划”(“973”计划)，其中安排了“纳米材料与纳米结构”项目；在国家“863”高技术计划中，也列有不少纳米材料的应用研究项目。二氧化钛(TiO2)，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、

浅谈二氧化钛讲解

浅谈纳米二氧化钛纳米二氧化钛(Ti0 2 )是一种重要的无机功能材料，由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质；其晶体具有防紫外线、光吸收性好、随角异色效应和光催化等性能；而且它的耐候性、耐用化学腐蚀性和化学稳定性较好，因此纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、太阳能电池、有机污染物降解、涂料等领域。但纳米二氧化钛也有一定的局限性，可在纳米二氧化钛中添加合适的物质（如树脂、聚苯胺、偶联剂、氟碳树脂等），对其进行改性。 1. 纳米TiO 2的制备（纳米TiO 2 溶胶）纳米TiO 2的制备方法一般分为气相法和液相法。由于气相法制备纳米TiO 2 有诸多缺点如:能耗大、成本高、设备复杂等，且条件苛刻,大大限制了其发展。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、微波感应等离子体法等制备技术。而液相法能耗小、设备简单、成本低,是实验室和工业上广泛使用的制备方法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，在此仅介绍用溶胶-凝胶法制备纳米TiO 2 溶胶。溶胶一凝胶法制备纳米TiO 2：是以钛的醇盐Ti(OR) 2 ，(R为-C 2 H 5 、-C 3 H 7 、-C 4 H 9 等烷基)为原料。其主要步骤为：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时失去水和失醇缩聚反应，生成物聚集成1nm左右的粒子并形成溶胶；经陈化、溶胶形成三维网络而成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米TiO 2 粉体。因为钛醇盐的水解活性很高，所以需添加抑制剂来减缓其水解速度，常用的抑制剂有盐酸、醋酸、氨水、硝酸等。但在制备过程中要注意加水方式、水量、pH值、溶剂量、反应温度、拌速度等因素对凝胶形成的影响。

二氧化钛综述

纳米二氧化钛综述摘要：纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，目前已广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、防晒霜、食品包装材料、航天工业等众多领域。在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生中的有广阔的前景使纳米氧化钛进一步成为科学家研究的焦点。关键词：污水净化太阳能电池抗紫外线 1.纳米氧化钛可作太阳能电池原料目前,能源消耗主要来自于化石燃料,由于化石燃料储量有限以及所带来的环境污染问题,人们开始把目光投向环境友好、可再生的能源中,太阳能是未来最有希望的能源之一。而纳米氧化钛是制备太阳能电池的理想材料。原理光催化反应基本途径当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光

催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化：光催化反应的量子效率低(理论上不会超过20%)是其难以实用化的最为关键因素之一。 2.防紫外线功能纳米氧化钛（T25）既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。纳米氧化钛的抗紫外线机理：按照波长的不同,紫外线分为短波区190～280 nm、中波区280～320 nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。纳米氧化钛（同VK-T25）的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛的粒子面,对长波区紫外线的反射、散射性不明显,而对中波区紫外线的

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛的制备及活度测定实验报告小组成员：指导老师：翁永根纳米二氧化钛的制备及活度检测一、实验目的：

1、探索二氧化钛的制备方法，寻求最简便的制备过程，培养学生的实验创新能力。 2、了解二氧化钛的性质与作用。 3、掌握二氧化钛活度检测方法。二、实验原理： 1、纳米粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒子。由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。纳米TiO2具有许多独特的性质。比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，光吸收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分散性好等。基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景。利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种TiO2感光材料。如何开发、应用纳米TiO2，已成为各国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧化钛粉体的方法主要有液相法和气相法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂。 2、反应物为水、钛酸四丁酯（Ti（O-C4H9）4），分相介质为乙醇，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度。使钛酸四丁酯在乙醇红水解生成Ti （OH）4，脱水后即可得到TiO2.在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以得到二氧化钛。TiO2溶胶凝胶法的制备主要包括2个部分：水解缩合、凝结。缩合是将溶质分子或离子缩合为大分子聚合物即胶粒的过程。这些胶粒分散在介质中称为溶胶。在一定条件下，胶粒聚集、合并，并转化成湿凝胶称为凝结。在sol-gel过程中，钛酸丁酯的水解——缩聚反应速度极快，会立即生成沉淀，影响TiO2的细化。我们可以通过加入水解抑制剂、配置滴加液，并控制滴加速度等方法来抑制沉淀的产生，从而形成均匀稳定的溶胶。在以乙醇为溶剂、钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的。水解产物为含钛离子溶胶： Ti（OC4H9）4 +4H2O==Ti（OH）4+4C4H9OH Ti(OH)4+Ti(OC4H9)4==2TiO2+4C4H9OH

纳米二氧化钛的现状与发展概要

纳米二氧化钛的现状与发展作者：未知时间：2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技