二氧化钛
一：1：纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料。它是一种半导体材料,除了具有纳米材料共同的特点外,还具有光催化性能。近十多年来,随着环境污染日益严重,利用半导体粉末作为光催化剂催化降解有机物的研究已成为热点。在作为光催化剂的主要原料N 型半导体TiO2、ZnO2、CdS、WO3中,相比较而言, TiO2活性高、化学稳定性好、对人体无害,是理想的环保型光催化剂。实验表明, TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580分钟光照下保持其活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。2：纳米二氧化钛的光催化降解机理：
当二氧化钛受到波长小于387. 5nm的紫外光的照射时,价带上的电子跃迁到导带,激发电离出电子同时产生正电性的空穴,形成电子-空穴对,与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。分布在表面的空穴将OH -和H2O氧化成HO自由基。HO 自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大部分的有机污染物和无机污染物,而且对反应物几乎无选择性,在光催化氧化中起着决定性的作用。二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。另外表面电子具有高的还原性,可以去除水体中的金属离子。生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解,最终分解为CO2、H2O和无机物。
3：目前的研究现状：
尝试对不同微生物的杀灭作用：为了考察TiO2对微生物的作用,根据不同的研究和应用背景,人们选择了细菌、病毒、藻类、癌细胞等。目前已有报道的考察TiO2光催化作用的细菌类有: 乳杆嗜酸细胞(Lactobacil lus acidophi lus),酵母菌( Saccharomyces cerevisiae), 大肠杆菌( Es-cherichia coli), 链球菌( S treptococcus mutans , S .ratus , S .cricetus , S .sobrinus AHT)。由于大肠杆菌是水体污染的指示菌种,实验具有实际应用意义, Tadashi Matsunaga[1]和Chang Wei[2]和Zheng Huang[3]等的研究都把E . coli作为实验菌种。研究对象还包括绿藻、病毒噬菌体MS2、脊髓灰质炎病毒、癌细胞Hela细胞、T24细胞( 人体膀胱癌细胞) 等。对绿藻的研究结果表明,由于绿藻壁厚,其杀灭效果较低。对噬菌体MS2的研究表明,其蛋白衣壳和核酸易被光生OH·攻击。对癌细胞Hela细胞的研究证实, TiO2颗粒可以进入癌细胞,其本身对癌细胞无毒性,但有很大的光敏作用杀死癌细胞,为光催化在医学方面的应用提供指导。
4：对今后研究的几点设想：
光催化杀菌已经从粉末催化剂发展到各种固着型催化剂的研究,使其可以在水处理方面得到具体应用。Tadashi最早利用TiO2固定醋酸纤维素膜反应器的连续杀菌系统,考察其各种工艺条件[1]。如能把目前所研究的的各种新技术集成在一种新反应器上,发挥出光催化氧化杀菌降解有机物的优势,也有可能成为一种饮用水彻底净化的辅助技术。充分利用太阳光是光催化研究的另一个重要发展方向。Chang Wei[2]等人的报道就提到过用紫外可见部分的波长大于380 nm的光照射E .c oli(浓度为106cells/mL)和TiO2混合溶液,可在数分钟内杀死细菌。由此可见,在太阳光辅助水处理及一些偏远地区的消毒方面,尤其是在电力缺乏的地区,由于可以利用太阳光,光催化也同样有着自己的优势。在医学方面,光催化也同样有进一步研究的价值。在特定的光照条件下, TiO2可局部杀灭癌细胞,但在无光的条件下, TiO2本身对机体细胞无毒副作用,现在已有这方面的研究报道。相信在不久的将来,光催化氧化技术也应该能够成为一种新型的治疗方式。
二：二氧化钛催化剂在水污染方面的应用：
1：化工废水中大多含许多对人体有害的物质,特别是有机化合物如有机磷农药、芳香族胺基化合物、氯系溶剂(二氯乙烯、三氯乙烯等)、苯系溶剂以及醛酮等。这些污染水体的有机物质对人体的毒害很大,因此欧美等发达国家相继出台了水中有机污染物的控制指标,以加强水质处理。传统的水处理法如吸附法、混凝法、活性污泥法等在实际处理这些有机污染物时均存在着一定的困难,因此急需寻找一种经济、有效的方法以降解这些污染物。自1976年
J.H.Cary等人报道了在紫外光照射下,纳米TiO2可使难降解的有机化合物多氯联苯脱氯后,纳米TiO2光催化氧化法作为一种水处理技术就引起了各国众多研究者的广泛重视。至今,已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过TiO2迅速降解,特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时,这种技术有着更明显的优势。美国、日本、加拿大等国已尝试将TiO2光催化技术应用于水处理,目前国内大多还只限于实验室研究水平,尚未有把该技术投入实际应用的报道。
2：TiO2光催化剂的研究焦点：
在利用TiO2光催化降解水中有机物的研究中,关注的焦点主要是：
( 1) 提高TiO2的光催化效率问题,并最终归结为增大电子-空穴对的产率、减少电子-空穴对的复合几率问题。已有大量的研究表明[4~6],敏化的TiO2半导体可以增大电子-空穴对的产率; 与TiO2半导体带隙匹配的载体(如ITO)可以减少电子-空穴对的复合几率; 利用外电压(如施加一定的正向偏压)可以减少电子-空穴对的复合。
( 2) TiO2回收利用问题,即TiO2的固定化与悬浮态反应器的问题。研究表明[7],在粒径相同的情况下,悬浮态反应器比固定床反应器光催化效率高,但悬浮态反应器要附加一定的分离装置( 如有机或无机微孔膜等) 来对TiO2进行利用。综合经济效益的问题仍在研究中。
( 3) 光源的优化问题。纳米TiO2 吸收的是380 ～420 nm的紫外光( UV),这表明可以利用太阳光作为光源代替UV 。目前,国内外已有多篇关于利用太阳能光催化氧化降解有机物的研究报告。
3：影响TiO2 光催化降解的因素：
3. 1 水溶液pH值的影响：
通常情况下,分散得越好,受紫外线照射的面积越大,产生的电子-空穴越多,同时空穴迁移到TiO2表面的越多,光催化活性就越高。溶液的pH值能改变颗粒表面的电荷,从而改变颗粒在溶液中的分散情况[8]。当溶液pH 值接近TiO2等电点时,由于范德华引力的作用,颗粒之间容易团聚形成大颗粒。TiO2的等电点pH 值为3. 0 ,因此,当悬浮液pH 值远离等电点pH值时,由于颗粒相互间的排斥力,其在溶液中分散很好。此时,有机污染物被纳米TiO2光催化降解的效率更高。
研究表明,不同有机物的降解有不同的最佳pH值,且pH值影响比较显著。某些有机物光催化降解时pH值的影响符合上述等电点理论,如赵梦月等[9]在有机磷农药光解的研究中发现, pH值对甲拌磷光解的影响完全符合这一理论。但对硫磷、久效磷、磷胺等来说, pH值对光催化效率的影响与等电点理论有偏差。硫磷在pH=2时光解效率较高,当pH值增大到5时,光解效率最低,当pH值再增大到7时,光解效率又有所增加。此外有研究表明,某些有机物光解时有最佳pH 值,如溴氰菊酯[10]光解时, pH 值在3. 5左右有最高降解率; 而在光催化氧化二氯乙酸时, pH=3时光解效率达到最高, pH值增大,光解效率下降,到pH=6 时,光解效率已降至很小,直到pH=12以后又略有回升。对不同物质而言,其光解时的最佳pH值不同。在实际水处理工作中,对最佳pH值的探讨很重要。
3. 2 载体的影响：
TiO2光催化氧化处理水中有机物的反应器有两种形式,即悬浮态和固定床反应器。与固定床光催化反应器相比,悬浮态型光催化反应器在反应速率、反应器设计以及光解操作方面占有许多优势。但是因为催化剂尤其是超细颗粒催化剂与反应液的分离困难,即催化剂的回收很不容易,于是人们又寄希望于找到能提高光催化活性的载体。研究表明[5],硅胶作载体的光解效率比玻璃纤维、渥太华沙、三氧化二铝等的高,而掺杂SnO2的导电玻璃用作载体时,其光解效率要比硅胶高。
在所研究的载体中,沸石是一种高效、高选择性的光催化剂载体,因为沸石能提供独一无二的纳米微孔反应场——非同一般的内表面布局和粒子交换性能。在这样的反应空间里,存在一
般光催化系统难以实现的特殊的光催化性能,如利用沸石作载体制备的TiO2就显示出独特的局部结构以及氧化有机物的选择性[ 11 ]。
4：光催化降解水中有机物的发展方向：
TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中有机污染物以及利用太阳能节约能源、维持生态平衡、实现可持续发展等方面有着突出的优点,特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他技术方法很难降解时,有着更明显的优势。最近高效率光催化剂、光电结合的催化方法以及太阳能研究和应用技术的进步,使得光催化氧化技术在水净化领域有着良好的市场前景和社会经济效益。虽然如此,但在该领域的研究中还存在着诸多问题:
( 1) 反应机理和反应动力学尚需进一步研究。在光催化氧化降解反应的过程中,其影响因素是复杂的,各种影响因素都有待进一步实验验证,反应动力学若能够综合各种因素的影响,则将对光催化反应的研究起到很大的推动作用;
( 2) 寻找更高效的光催化剂。现有的光催化剂所能提供的反应活性仍不很理想,为提高反应速率,将催化剂颗粒超细、悬浮或者改性;
( 3) 催化剂的分离与回收。该问题的解决已成为光催化氧化技术转向工业化应用的一个迫切需要;
( 4) 超细易分散光催化剂的制备及低耗高效光催化反应器的设计。
( 5) 低耗高效的光源。在太阳能还不能很方便地利用之前,寻找一种合适的光源对光催化反应会有一定的促进作用。
三：二氧化钛催化剂在空气污染方面的应用：
1：对大气中氮氧化物的净化：
纳米级TiO2制成环保涂料,对空气中易产生温室效应、酸雨、臭氧空洞及光化学烟雾的主要污染物之一的NO x具有一定的降解效果。NO2及NO吸附在涂料上后,分别与纳米二氧化钛表面产生的活性氧和氢氧根自由基发生氧化还原反应,生成硝酸,从而达到消除大气中氮氧化物的目的。
隧道内照明灯灯罩玻璃上涂以光催化TiO2涂层,可以除去汽车、摩托车排出的废气带有的NO x、油、积炭气的尘埃,净化隧道空气。这种灯罩玻璃能保持洁白如新,连续使用4 个月仍有效。日本富士电机研究所(株)利用TiO2制成能对低浓度的NO x进行分解的空气净化器等供应市场[12]。
含纳米二氧化钛光催化净化涂料,具有使用方便、光催化效率高、光催化剂可迅速再生的特点,同时还可降解大气中的其它污染物,如卤代烃、硫化物、醛类、多环芳烃等[13],作为环保型涂料有着潜在的应用前景。
2：对汽车尾气中硫的去除：
1989 年,通用汽车公司的Donald Beck研究了纳米TiO2除去汽车(含有硫化氢气流)废气中硫的能力。模拟试验表明: 在500℃经7h后,从废气中除去的总硫量比所有供试验的常规形式的二氧化钛除去的量约大5倍,而且在暴露7h后,纳米TiO2除去硫的速度仍然相当高,而其它所有的样品已变得无用了。实验表明, TiO2至少可以经历12次反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580min光照下保持其光活性[14]。
3：对室内空气的净化：
纳米二氧化钛涂层在紫外线照射下可分解房间内的新建材、黏接剂等产生的甲醛,吸烟产生的乙醛,家庭灰尘产生的硫醇等有机异臭[15],还可分解油分和有机的表面污染。
另外,纳米二氧化钛还是一种新型的无机抗菌剂。对于室内空间存在的大量细菌,由于它们主要是由有机物组成的,纳米二氧化钛在光的作用下可直接破坏细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分,对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄测葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲菌等又有很强的杀灭能力[16]。
把纳米二氧化钛的涂层涂在建筑物的屋顶,制成墙砖放在建筑物的外墙、医院手术室的手术台和墙壁上,即可有效、快速地杀死细菌。日本三菱制纸(株)用二氧化钛和无机吸附剂的复合材料研制成气净化除臭机,并已开始上市。日本岐县试验厂开发的含TiO2微粒子的纸张,用于空气清净机过滤器[16]。
纳米二氧化钛正克服了大多数有机抗菌剂耐热性差、易挥发、易分解产生有害物、安全性较差等缺点,具有无毒、无味、无刺激性、效性好、维持抗菌效果时间长等特点,在室内抗菌除臭除异味等方面将日益受到人们的重视。
四：目前存在的问题、研究焦点及未来展望：
1：水处理方面：
目前光催化氧化法均以高压汞灯、黑光灯、紫外线杀菌灯为光源,能耗十分大。从经济角度,如何提高纳米的光催化效率、缩短反应所需时间是一个亟待解决的问题。另外,由于以上光源在实际应用中运行费用高、使用寿命受到限制,而纳米TiO2吸收的是380 ～420nm 的紫外光( UV),这表明可以利用太阳光作为光源代替UV ,且太阳能清洁、经济。目前,国内外已有多篇关于利用太阳能光催化氧化降解有机物的研究报告。
今后太阳能多相光催化法的研究重点应是高效光催化剂。通过催化剂的改性,大大提高光催化剂的活性,提高反应速率,特别是通过光催化剂能带结构的变窄,大大提高太阳能利用率。其次是开发优良的催化剂载体,减少水处理过程中催化剂的损失。
2：大气净化方面：
纳米TiO2配成户外涂料时,由于其光化活性,往往短期内即出现时光、变色、粉化、剥落等破坏现象。为克服这种弊端,研究重点应是对其进行表面处理,以提高气粉化性和保色性。
另外,作为光催化抗菌剂,单靠太阳光中的紫外线部分的能量是不够的。为了解决这个问题,现正研究采用注入铬和钒等金属离子的方法,从而可利用可见光部分的能量。今后研究重点可能转移到利用可见光部分就可发生反应的光催化抗菌剂。
3：其他方面：
投入实际应用所面临的问题,主要是解决催化剂的分离回收或固定化问题,以及反应器的设计及提高光催化剂利用率等。超细易分散光催化剂的制备及低耗高效光催化反应器的设计也是一研究焦点。总之,纳米TiO2光催化降解法具有可在常温常压下进行,可利用太阳能,光敏半导体来源广泛、价格较低,回收利用技术简单,污染治理彻底等优点,可应用在环保中的各个领域,它在环境污染治理中将日益受到人们的重视,具有广阔的应用前景。
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Tio2薄膜的制备(DOC)
新能源综合报告 实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工 学院：物理与能源学院 专业：新能源科学与工程 学号：1350320 汇报人： 指导老师：王哲哲
一、预习部分（课前完成） 〔目的〕： 1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。 2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。 3、微细图形结构及形貌分析。 〔内容〕 1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。 2、了解常见的微细加工的方法。 3、充分调研文献资料，确定实验方案。 4、实验制备和数据分析。 ①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。 ②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。 ③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。 ④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。〔仪器〕：(名称、规格或型号) 紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。 二、实验原理 1、Tio2的基本性质 Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。 应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。 纳米TiO2的制备方法： 物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等； 物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。 2、溶胶-凝胶法的基本概念 溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。 溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。 凝胶：是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能量可使之在动力学上稳定。
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。
水热法合成二氧化钛及研究进展
水热法合成二氧化钛及研究进展 摘要：水热法合成了不同晶型、形貌、大小和研定形貌的二氧化钛。究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响，对TiO2晶形影响光催化活性的原因进行了探讨。同时从二氧化钛水解制氢、废水处理、空气净化、抗菌、除臭方面介绍了纳米二氧化钛在环境治理方面的应用和发展趋势，并对纳米二氧化钛的制备方法与应用作出展望。 关键词：二氧化钛；晶型；水热法；光催化；制备；应用 纳米二氧化钛(TiO2)具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能。纳米TiO2是一种重要的无机功能材料, 可应用于随角异色涂料、屏蔽紫外线、光电转换、光催化等领域，在光催化领域环境治理方面具有举足轻重的地位，可应用在环保中的各个领域，它在环境污染治理中将日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，因此制备高光催化性能的纳米TiO2，拓展纳米二氧化钛的应用也是学者研究的重点。水热法合成纳米TiO2粉体具有晶粒发育完整、粒径分布均匀、不需作高温煅烧处理、颗粒团聚程度较轻的特点。 1.TiO2的制备方法、材料的性能 1.1不同晶型纳米二氧化钛的水热合成 1.1.1实验方法 边搅拌边将2mol·L- 1的四氯化钛水溶液缓慢滴加到115mol·L- 1的氢氧化钠水溶液中，保持30℃反应，生成纳米TiO2前驱体，反应终点的pH值分别控制为110、310、510、810、1110、1210。把纳米TiO2前驱体装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中进行水热反应，120℃～200℃反应1h～48h，反应结束后，冷却至室温，产物经过滤和蒸馏水洗至滤液中无Cl-，在100℃下鼓风干燥10h，粉碎后得到不同结构的纳米TiO2 粉体。选择不同的特征峰(金红石型选110面、锐钛矿型选101面，板钛矿型选121面)，根据特征衍射峰的半高宽，利用Scherrer 公式展宽法估算出其晶粒尺寸。 1.1.2研究与开发 1.1. 2.1pH值对纳米TiO2晶型和形貌的影响 在水热反应温度为200 ℃和水热反应时间24 h的条件下。当pH = 1.0时，产
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征 盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221 摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。 关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。 1 纳米二氧化钛的制备方法 1．1 气相法 气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。 1．2 液相法 溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO，H TiO，或TiC1 溶液中，沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单，易工业化，但易引入杂质，粒度不易控制，产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO，TiC14或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好；但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后，提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点，简化工艺过程，采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案，并进行了长时间的中试，现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。 1 气相法制备二氧化钛 气相法一般是通过一些特定的手段先将反应前体气化，使其在气相条件下发生物理或化学变化，然后在冷却过程中成核、生长，最后形成纳米TiO2颗粒。 1.1 化学气相沉积法
溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛及其性质研究
溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛及其性质研究 实验目的 1.溶胶－凝胶法合成纳米级半导体材料TiO2 2.复习及综合应用无机化学的水解反应理论，物理化学的胶体理论 3.了解纳米粒性和物性 4.研究纳米二氧化钛光催化降解甲基橙水溶液 5.通过实验，进一步加深对基础理论的理解和掌握，做到有目的合成，提高实 验思维与实验技能 实验原理 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[1～3]，因此，本实验采用溶胶-凝胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。 制备溶胶所用的原料为钛酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、无水乙醇(C2H5OH)以及冰醋酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。使Ti(O-C4H9)4在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脱水后即可获得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，就可以获得金红石型和锐钛型二氧化钛。
TiO2光催化原理及应用
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
纳米TiO2的制备与应用
1.1纳米材料概述 纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间的材料。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，因此其所表现的特性如具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。从而使得熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。而现在，纳米材料已经渗透入医药化工、电子计算机和电子工业、环境保护、纺织工业、机械工业等多个领域，展现了其非凡的特性和广阔的发展的前景[1-13]。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。 1959年12月29日理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。虽然没有使用“”纳米这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。 1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。 1984年德国萨尔兰大学（Saarland University)的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。 1974年日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。 1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议 （International Conference on Nanoscience&Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材
二氧化钛的制备方法
纳米 !"#$光催化剂的制备方法 方世杰 徐明霞 （天津大学材料学院，天津 %&&&’$） 摘 要 介绍了二氧化钛粉体和薄膜的制备技术，比较了各种方法的优缺点。其中对液相法作了较为全面的介绍。 关键词 纳米 !"#$催化剂 气相法 液相法 国家自然科学基金资助项目（(&&’$&)*）；天津市自然科学基金资助（&)%+&%,))）作者简介：方世杰（)-’+ . ），男，硕士/ ) 引言 纳米 !"#$光催化剂是一种新型的并且正在 迅速发展的高效光谱催化剂，成为近年来环保技 术中的一个研究热点。一种良好的催化剂必须具 有很大的催化表面，并且有很高的光子利用率。 当 !"#$达到纳米时，会表现出更优良的光催化降 解性能。关于纳米 !"#$的制备技术已有很多论 述，本文试图对近年来纳米二氧化钛的制备技术 作一个综述。 $ !"#$纳米粉体的制备 目前制备 !"#$纳米微粒的方法有很多种，根 据对所要求制备微粒的性状、结构、尺寸、晶型、用 途，采用不同的制备方法。按照原料的不同大致 分为 $ 类：气相法和液相法。但无论采用何种方 法，制备纳米粒子都有如下要求［)］：表面光洁；粒 子的形状及粒径、粒度分布可控，粒子不易团聚； 易于收集；热稳定性优良；产率高。 !/" 气相法 气相法是直接利用气体或通过各种手段将物 质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学 变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子 的方法。气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸 小、颗粒团聚少、组分更易控制。 $/)/) 化学气相沉积法（012） ［$］
化学气相法制备纳米 !"#$的初级过程包括： 气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、 凝结聚集或融合。气相反应所需的母体有 $ 类： !"03*和钛醇盐。化学反应可分为 * 类。 （)）!"03*与 #$氧化，化学反应方程式为： !"03* （4）5 #$ （4）6 !"#$5 $03$ 7 !"#$ （4）6（!"#$）7 （8） （$）钛醇盐直接热裂法［%］，化学反应方程式 为： !" （#9）*6 !"#$5 *07:$75 $:$# （%）钛醇盐气相水解法（气溶胶法），化学反应 方程式为： !" （#9）*5 $:$# 6 !"#$5 *9#: （*）气相氢火焰法，化学反应方程式为： !"03*5 $:$5 #$6 !"#$5 *:03 $/$/$ 激光 012 法 激光 012 法也是一种很好的制备方法。在 ,& 年代由美国的 :;44<=>［)］提出，目前该法已合成 出一批具有颗粒粒径小、不团聚、粒径分布窄等优 点的超细粉，产率较高。? 2;@"A 0;8<>［*］对激光 012 法进行了进一步的研究指出，在激光 012 法 中，用 !" （=B#C=）*作反应物要比采用 !" （#BDE）*效果要好，!" （=B#C=）*是一种很有前途的反应物。 $/$/% 等离子 012 法 等离子 012 法是利用等离子体产生的超高 温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区 , % 硅酸盐通报 !##! 年第 ! 期 综合与述评 万方数据 与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到 纳米颗粒。该方法有 ! 个特点： （"）产生等离子体 时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高； （!）等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应 物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热 和反应。 气相法制备的纳米 #$%!具有粒度好、化学活 性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及 吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成
液相法制备纳米二氧化钛及其应用(1)(2)
纳米TiO2的液相法制备及其研究现状 摘要：作为一种新型的无机材料，纳米TiO2以其稳定的化学性质、催化效率高、无毒、耐腐蚀性强而倍受关注，制备方法主要有气相法、液相法和固相法三大类，重点介绍了纳米TiO2的液相制备法及其研究现状，并对纳米TiO2粉体的应用情况进行了概述。 关键词：纳米TiO2；液相法；研究；应用 0．前言 纳米材料[1]指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，一般直径在1~100nm之间。由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应以及量子隧道效应，从而展现多种特殊性质。而纳米TiO2是纳米材料中的重要一员，包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米块材料和纳米复合材料[2,3]。由于纳米TiO2化学性质稳定、氧化能力强、无毒无害、价格便宜催化能力强而且没有二次污染等诸多优点而在气体净化、抗菌除臭涂料表面自清洁等领域具有特别重要的应用价值和发展前景，因此倍受关注，其开发与制备更是现在研究纳米TiO2的热点之一。 1．纳米TiO2的制备 纳米TiO2粉体的制备方法分为气相法、液相法和固相法。但是液相法是现在最常采用的，主要原因[4,5]在于：气相法中原子移动起来过于自由，容易因为碰撞而改变方向，影响反应的持续高效进行，而在固相法中原子则基本不改变位置，且固相间的反应是通过混合固体颗粒来实现的，这样混合的效果极其粗糙，仍需进一步的细化，但是在液体中自由程度相对比较适中。因此，液相法相比之下更加合理，并且液相法原料来源广泛、设备简单得到的颗粒的活性好。 液相法制备氧化物的基本原理[6]是将可溶于水或有机溶剂的金属盐按化学计量比制备成溶液，然后用沉淀剂或通过水解、蒸发升华等方式使金属离子均匀沉淀或析出，最终经过干燥得到相应的氧化物。对于组分比较复杂的材料同样容易得到均匀的分散性较好的粉末。该法制备TiO2通常有：溶胶-凝胶法（sol-gel）、液相沉淀法（LPD法）、水热合成法、微乳液法。
二氧化钛的制备方法
1.3二氧化钛的制备方法 1.3.1常规二氧化钛制备方法 二氧化钛的工业化生产方法有两种：硫酸法和氯化法。 1）硫酸法 用硫酸酸解含钛矿物，得到硫酸氧钛溶液，经纯化和水解得到偏钛酸沉淀， 再进入转窑焙烧产出二氧化钛颜料产品，是非连续生产工艺，工艺流程复杂，需要20道左右的步骤，排放废弃物较多。晶型转变需更多操作步骤，采用的焚烧工艺需要消耗大量能源［9］。 硫酸法工艺主要包括以下几个步骤： 除杂：FQ6+3H2SCH=Fe2（SO4）3+3H2O, TiO2+2H2SO4=Ti（SO4） 2+2H2O 然后：Fe+F&（SO4）3=3Fe2 SO4 调PH 至5-6,使Ti（SO4）2水解：Ti（SO4）2+3H2O=H2TiO3 J +2H2SO4 过滤沉淀加热得到TiO2：H2TiO3= TQ2+H2O T 2）氯化法 氯化法是以钛铁矿、高钛渣、人造金红石或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛，经精馏提纯，再进行气相氧化；速冷后，经过气固分离得到二氧化钛。由于没有转窑焙烧工艺形成的烧结，其二氧化钛原级粒子易于解聚，所以在产品精制的过程较硫酸法大幅度节省能量［10］0 氯化法工艺主要包括以下几个步骤：先用盐酸除杂：Fe2O3+6HCI=2FeCl3+3H2O 过滤洗涤然后加焦炭和氯气：TiO2 （粗）+C+2Cl2=TiCl4（气）+CO2 冷却、收集TiCl4 （液）小心水解：TiCl4+3H2O =H2TiO3+4HCl 加热提纯得到精制二氧化钛：H2TiO3=TiO2（精）+H2O T 1.3.2微细二氧化钛的制备工艺 粉体的超微细加工通常有物理方法和化学方法两大类。物理加工法是将粗粒子粉碎得到微粉体的方法。虽然目前粉碎技术已有改进，但粉碎过程很容易混入杂质，很难制备1ym以下的超微粒子。化学法是由离子、原子形核，然后再长大，分两步过程制备微粒子的方法，这种方法易得到粒径1ym以下的超微粒子。微细二氧化钛的制备主要包括气相法和液相法。气相法是指直接利用气体或采用激光、电子束照射等方法将原料变为气体或离子体，使之在气体状态下发生化学或物理变化，然后再经冷却、凝结、长大等过程制备微细颗粒的方法，由于气相法生产
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
二氧化钛吸附研究及应用概述
二氧化钛吸附研究及应用概述 江默语 （昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明 650093）摘要：近年来，随着理论计算方法的发展和计算能力的提高，以及纳米技术的发展，借助投射电镜等各种研究设备，人们对二氧化钛(TiO2)的了解逐渐加深。二氧化钛(TiO2)由于其具有的独特性质，开始在光催化、CO氧化以及太阳能电池等多个领域被广泛应用。尤其是对二氧化钛(TiO2)吸附以及催化特性的研究与应用，在环境污染治理、医学研究、化工等领域具有不可替代的作用。 关键词：二氧化钛，表面吸附，镉离子污染，有机物污染 Research and Applications of Titanium Dioxide Adsorption JIANGmo-yu (School of Materials and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, 650093, China) Abstract:Recently, with the development of theoretical calculation method, calculation ability and nanotechnology , scientists are getting to know more about Titanium dioxideunder the help oftransmission electron microscope. Titanium dioxide, due to its unique properties, is playing an important part in photochemical catalysis, oxidization of carbonic oxide and the development of solar cell. Specially,studies about externaladsorption andCatalytic properties of Titanium dioxide, is becoming more and more important in pollution administration, medical research, chemical industry and so on. Keywords: Titanium dioxide,externaladsorption, Cadmium ionpollution, organic pollution
二氧化钛的各种制备方法
取200mL浓度为1mol/L的TiOSO 4 溶液装入容量为500mL的烧杯中，将烧杯放入高 压蒸气釜内，用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出，TiOSO 4 水热解生成的白色偏钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为%的偏钛酸备用。取200mL浓度为 1mol/L的TiOSO 4 溶液，在搅拌条件下，用2 mol/L氢氧化钠溶液中和，直至溶液的pH=5，溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为%的正钛酸备用。 1.载银二氧化钛的制备方法： 分别在46gH 2TiO 3 和195gH4TiO4中加入50mL浓度为L的AgNO3溶液，磁力搅拌并加热 直至大部分水挥发，置于80℃的干燥箱中烘干，取出碾磨得未煅烧的载银粉体；在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和AT2放入马弗炉中，在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h，取出自然冷却后，放入研磨机内研磨4h得含银%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 2.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体，按n［Ti( OC 4H 9 ) 4 ］∶n［C 2 H 5 OH］∶n［NH( CH 2 CH 2 OH) 2 ］∶ n［H 2 O］=1∶23∶2．5∶10摩尔配比，先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙 醇胺混合，搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中，继续搅拌 h，得到稳定澄清的溶胶溶液，静置48h。采用自制的拉膜机，以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min)，每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min，涂膜四层后，将样品置于马弗炉中以 约2℃·min－1升温到600℃保温2 h 后，随炉温冷却，制得纯TiO 2 薄膜。 3.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 4.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。
介孔二氧化钛的合成及应用
介孔二氧化钛的合成及应用 摘要介孔二氧化钛是一种多孔材料，它具有巨大的比表面积，发达的孔道结构，因而在光电转换领域，光催化降解，光催化制氢等环境能源领域表现广泛的应用前景而备受瞩目。目前，国内外对制备介孔二氧化钛材料的方法的研究主要集中在模板法制备，此外，还有非模板法等方法也有研究。 关键词介孔二氧化钛，光催化，模板法 1 前言 多孔材料，因具有空旷结构和巨大的表面积，而被广泛应用于催化剂和吸附载体。按孔径的大小，多孔材料可分为：微孔材料(孔径<2nm)，介孔材料(孔径2～50nm)，大孔材料(孔径50nm～1μm)和宏孔材料(孔径>1μm)等。按材料的结构特征，多孔材料又可以分为三类：无定形、次晶和晶体。介孔材料因孔径范围较大，存在着孔道形状不规则、孔径尺寸分布范围大等优点，是良好的催化剂载体[1]。 介孔TiO2包括有序、无序两大类，其中有序介孔材料又分为纳米量级和宏观尺度两类。因其具有高比表面积，发达有序的孔道结构，孔径尺寸在一定范围内可调，表面易于改性等特点，可以有效地增强TiO2光催化、光电转换等功能，使其在水处理、空气净化、太阳能电池、纳米材料微反应器、生物材料等方面表现出广阔的应用前景而备受瞩目。为科学家从微观角度研究纳米材料的尺寸效应、表面效应及量子效应等性能提供了物质基础[2]。 2 影响介孔材料孔径大小的因素 介孔材料的合成过程中一个关键参数是孔径大小及尺寸分布，孔径大小的控制及影响因素一般包括以下几个方面[2]。 1) 表面活性剂碳链的长度，孔径大小的粗略控制可通过调节表面活性剂的碳链长度来达到。因为表面活性剂的碳链越长，形成棒状胶束时直径越大，若碳链大于l8，表面活性剂溶解度下降，故较少用于介孔材料的制备。 2) 辅助有机物的添加，通过添加憎水性有机物，可将辅助有机物进入表面活性剂胶束的憎水基团内部，使胶束的直径变大，达到增加介孔材料尺寸的目的。此类有机物一般包括饱和链烷烃、芳香烃、醇类。当然，表面活性剂不同，合成过程的作用机理和合成介孔材料的性能可能是有差异的。 3) 合成过程的影响，一般合成过程包括反应时间、温度、溶液的组成、表面活性剂和共溶剂种类、pH值、表面活性剂的萃取条件及煅烧条件等。 比如在碱性溶液中，反应物在进行分段热处理时，介孔材料在壁厚和稳定性不变的
二氧化钛的各种制备方法2
1.硫酸氧钛溶液热水解和中和水解法制备偏钛酸和正钛酸 取200mL浓度为1mol/L的TiOSO4溶液装入容量为500mL的烧杯中，将烧杯放入高压蒸气釜内，用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出，TiOSO4水热解生成的白色偏钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为21.6%的偏钛酸备用。取200mL 浓度为1mol/L的TiOSO4溶液，在搅拌条件下，用2 mol/L氢氧化钠溶液中和，直至溶液的pH=5，溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为5.1%的正钛酸备用。 2.载银二氧化钛的制备方法： 分别在46gH2TiO3和195gH4TiO4中加入50mL浓度为9.3mmol/L的AgNO3溶液，磁力搅拌并加热直至大部分水挥发，置于80℃的干燥箱中烘干，取出碾磨得未煅烧的载银粉体；在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和A T2放入马弗炉中，在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h，取出自然冷却后，放入研磨机内研磨4h得含银0.5%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 3.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体，按n［Ti( OC4H9 ) 4］∶n［C2H5OH］∶n［NH( CH2CH2OH)2］∶n［H2O］=1∶23∶2．5∶10摩尔配比，先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙醇胺混合，搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中，继续搅拌0.5 h，得到稳定澄清的溶胶溶液，静置48h。采用自制的拉膜机，以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min)，每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min，涂膜四层后，将样品置于马弗炉中以约2℃·min－1升温到600℃保温2 h 后，随炉温冷却，制得纯TiO2薄膜。 4.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL 盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 5.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。
二氧化钛的形貌及其应用
- 1 - 第3期 2018年6月No.3 June，2018 TiO 2因其毒性低、价廉、耐强酸强碱、耐紫外线腐蚀、耐强氧化剂腐蚀而普遍应用于环境治理，成了最有前途的材料，得到了科研人员的重视。1991年，日本学家Iijima [1]发现了碳纳米管，开启了TiO 2一维形貌研究的大门。随着研究的深入，众多科技领域开始了对TiO 2形貌结构的研究，TiO 2材料因其结构不同而具有不同的性能及应用，本研究综述了不同制备方法对其形貌特征的影响。1 TiO 2的合成及形貌结构 TiO 2是最早作为光催化剂的材料之一，相比较其他光催化剂，它的发展更为完善，目前合成出的比较成熟的形貌有球形、微球形、中空球形、纳米纤维、纳米管状、片状、棒状、花形等。Pal 等[2]在氮气氛围和室温下，将四丁氧基钛和乙二醇配置的溶液磁力搅拌水解8 h ，然后再加入丙酮进行剧烈搅拌，就制备出了球形TiO 2。吕玉珍等[3]以草酸钛钾和过氧化氢为原料制备了TiO 2 粉末，采用水热法在150 ℃下加热0.5 h ，TiO 2粉末初步变成图1中的带状花结构，再在此温度下延长加热5 h ，形成图1中所示的棒状花结构。 常用的TiO 2合成方法包括：反应热炉热裂解法[4]；水热法，Wang [5]采用水热法一步合成了2-D TiO 2，他们发现二维TiO 2的禁带宽度比TiO 2减小很多，Eg 大约为1.8 eV ，在较大程度上提高了光催化剂的催化活性；溶剂热法[6-7]，而溶剂热法又分为有无模板，王红侠等[6]采用无模板溶剂热法合成了TiO 2中空微球（以钛酸丁酯为钛源），发现它具有良好的光催化活性。除了这些方法，还有很多其他的制备方法。Li [8]考虑到了TiO 2回收的问题，制备合成了多孔TiO 2陶瓷颗粒。在人们发现氧空穴对提高TiO 2的光催化性能有一定贡献后，An 等[9]将TiO 2纳米管与p25纳米粒子进行偶联，合成了分级纳米结构的TiO 2，具有较大的比表面积，较多的氧空穴和良好的光活性。2 TiO 2的其他应用2.1 电池领域应用 随着社会科技、经济的发展，不可再生能源的逐渐减少，能源问题也越来越突出，人们开始探究新能源—太阳能。 太阳能因其储存量大、绿色无污染成为最有前途的能源 之一。1991年，Gr?tzel 教授[10]制备出了光电转化效率为7.1%的太阳能电池后，染料敏化太阳能电池便开始备受关注，因为它的成本低廉、易制作等优点，大多数人们开始研究这样一种新型太阳能电池。 （a ）在150 ℃下加热0.5 h TiO 2的SEM 照片 （b ）在150 ℃下加热5 h TiO 2的SEM 照片图1 在150 ℃下加热的SEM照片 2.2 抗菌 Liu 等[11]发现多面体TiO 2纳米晶上构建的{101}-{001}表面异质结有利于光生电子与空穴的分离，所形成的自由电子和空穴可以促进活性氧（ROS ）的产生，这可能用于消灭活细菌。研究发现，这些多面体TiO 2纳米晶体比球形TiO 2纳米晶体更容易产生活性氧，对在模拟日光照射下的大肠杆 作者简介：郭宇萱（1996— ），女，汉族，河北邯郸人，本科生；研究方向：光催化。 二氧化钛的形貌及其应用 郭宇萱，李 坤，张伊晗，王 璐 （河北农业大学 渤海校区，河北 沧州 061100） 摘 要：本文介绍了二氧化钛的形貌及其合成方法。形貌不同，使其具有不同的用途。扼要阐述了二氧化钛在染料敏化太阳能 电池、锂离子电池、抗菌、气体传感器、处理废水等领域的应用。最后，对未来二氧化钛的应用做出了展望。关键词：二氧化钛；形貌；应用现代盐化工 Modern Salt and Chemical Industry