纳米二氧化钛
二氧化钛及其应用
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 —— + hH2O + h——·OH+ HO2 +e——O2 ·O2 ·+ H——HO2·2HO2· —— O2 + H2O2H2O2 +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。
光催化纳米二氧化钛 与光照的关系
光催化纳米二氧化钛与光照的关系光催化纳米二氧化钛与光照的关系光催化纳米二氧化钛是一种应用广泛的光催化材料，其性质与光照密切相关。
光照可以提供能量激发纳米二氧化钛中的电子和空穴，从而促进催化反应的进行。
本文将从纳米二氧化钛的结构和性质入手，探讨光照对其催化效果的影响。
我们来了解一下纳米二氧化钛的基本特性。
纳米二氧化钛是一种具有高度结晶性的半导体材料，具有优良的光催化性能。
其晶体结构为四方晶系，晶格中的氧原子围绕着钛原子排列形成三维网状结构。
而纳米二氧化钛的晶粒尺寸通常在1-100纳米之间，具有较大的比表面积和较高的光吸收率。
这使得纳米二氧化钛能够有效地吸收光能并产生电子空穴对。
在光照条件下，纳米二氧化钛表面被吸收的光子能量可以激发其原子或分子中的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
这些电子和空穴对具有高度的活性，可以参与催化反应。
光照可以提供足够的能量，使得纳米二氧化钛中的电子和空穴得以激发，从而促进光催化反应的进行。
光照还可以改变纳米二氧化钛的表面状态，进一步影响其催化性能。
光照下，纳米二氧化钛表面的电荷状态和氧含量会发生变化，从而改变其表面活性位点的密度和分布。
这些表面活性位点可以吸附反应物分子，提供催化反应所需的活化能。
因此，光照可以调控纳米二氧化钛的表面性质，从而影响其催化效果。
光照条件下的纳米二氧化钛还可以发生光生电化学反应。
在光照条件下，纳米二氧化钛表面吸附的水分子可以被光激发产生电子和空穴。
这些电子和空穴可以在纳米二氧化钛表面发生氧化还原反应，从而促进水的分解或有机物的降解。
光生电化学反应是光催化过程中的一个重要环节，光照的强度和波长对其效果有着重要影响。
需要注意的是，光照强度和波长对光催化纳米二氧化钛的影响是复杂的。
过强的光照会导致电子和空穴的复合速率增加，从而降低光催化反应的效率。
而不同波长的光照对纳米二氧化钛的激发效果也有差异，不同催化反应所需的光照条件也不尽相同。
因此，合理选择光照条件对于光催化纳米二氧化钛的催化效果至关重要。
纳米二氧化钛
产品简介：纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。
也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。
纳米技术在光催化领域扮演着重要的角色。
纳米二氧化钛的光催化作用能将光能转变为电能和化学能，实现许多难以实现或不可能进行的反应。
屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。
可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，。
目前，环境污染的控制与治理是我们面临的亟待解决的重大问题，在众多环境治理技术中，利用太阳光作为光源来活化纳米二氧化钛，使其在室温下进行氧化还原反应，杀灭有害菌、清除污染物，这一技术已成为一种理想的环境治理技术。
纳米二氧化钛属非溶出型抗菌剂，本身具有很好的化学稳定性，无毒性，重金属含量少，抗菌性广且长效，被越来越广泛地应用于日常生活之中。
如太阳能电池、抗菌材料、空气净化器、自清洁材料、精细陶瓷及建筑材料等。
将对提高我们的生活质量发挥无穷潜力。
分类：纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。
金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。
而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。
在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。
结构：纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒与高浓度晶界。
纳米TiO2的微观结构特征的研究报道较少。
其中用拉曼散射和高分辨电镜研究了纳米TiO2陶瓷, 显示的结果与通常粗晶材料无多大的区别,晶粒间界处亦含有短程有序的结构单元。
纳米TiO2晶粒基本是等轴晶粒, 与从气体凝聚法得到的原子团簇形状相同, 尺寸相同并都服从对数正态分布。
性能：™纳米TiO2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO2粉体有金红石、锐钛矿、板钛矿等3 种晶型。
™其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。
二氧化钛的应用
姓名：
学号：
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目录
TiO2的结构 纳米TiO2的性质 纳米TiO2的应用 纳米TiO2的应用前景
ห้องสมุดไป่ตู้
纳米TiO2简介
纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良
好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等 领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆 ，具有随角异色效应。 TiO2俗称钛白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）（简 称A型）和金红石型（Rutile）（简称R型）[5]。金红石型TiO2比锐钛型 TiO2稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力 和着色力也较高。而锐钛型TiO2在可见光短波部分的反射率比金红石型 TiO2高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化 活性比金红石型高[6]。在一定条件下，锐钛型TiO2可转化为金红石型 TiO2。
纳米TiO2其他方面的应用
涂料纳米氧化钛
汽车漆专用纳米氧化钛
防晒化妆品用金红石纳 米二氧化钛
化妆品专用纳米二氧化钛
纳米TiO2的应用前景
随着环境保护的发展，纳米TiO2 以其突出的环境功能，迅速成为环保 领域研究热点。纳米TiO2 因为其巨大 的比表面积、良好的化学稳定性、优 异的光催化性，具有杀菌、防紫外线、 防雾及自清洁、光电转化、光催化等 作用。特别在污水处理方面，潜力无 穷。
另外，TiO2可降解某些塑料，达到消除白色污染的功能。 TiO2还对其它物质有降解功能，比如冯良荣等人研究发现纳米TiO2对表面活性 剂SDBS的降解有很好的效果。
6 对氟里昂的降解
二氧化钛
纳米二氧化钛前言纳米二氧化钛是一种重要的功能性半导体材料，迄今已广泛应用于电子、化工、环保等领域。
Ti02是一种重要的无机功能材料，因其具有湿敏、气敏、光电转换、介电效应及优越的光催化等性能，使其在传感器、介电材料、光电材料、自洁材料和催化剂及载体等领域具有广泛的应用前景。
与普通Ti02纳米粉体相比，由Ti02转化而来的钛氧纳米管具有特殊的管状结构，高比表面积，和更强的吸附能力，更适合做催化荆或催化剂载体。
而且通过进一步的修饰，有望得到性能优异的功能材料。
本文对所制备的Ti02纳米粉体及钛氧纳米管迸一步修饰，表征它们的结构，并对修饰前后材料的光催化性能或气敏性能进行研究。
二氧化钛的应用(1)汽车工业当纳米Ti02与铝粉颜料或云母珠光颜料以1：1或2：l拼合于涂料体系时，所形成的涂层，从不同的方向均能观察到不同的闪色。
在照光区呈现出一种多黄色亮点，而在测光区则呈现出兰色相似的乳光，并能增加会属面漆颜色的饱和度和视角闪色性。
由于超细Ti02这独特的光学性能，使它倍受汽车行业的青睐而一跃成为当代最高档次的效应颜料。
(2)催化剂和光催化剂纳米Ti02由于尺寸小，比表面积比较大，表面键态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增多。
另外，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，加大了反应接触面。
有人预计超微粒催化剂很可能成为催化反应的主要角色，它的应用前途十分广阔，可用在光敏催化剂和吸附剂等方面。
简单地描述为以下几个步骤：1. 初级过程形成荷电载流子；2.载流子的捕获；3.载流子在催化剂表面复合；4.界面间电荷转移，发生氧化一还原反应。
晶型结构的差异是影响；Ti02光催化性能的主要因素之一。
Domenech研究了不同晶型Ti02光催化处理含CN一废水的相对活性，发现金红石型Ti02处理的效果要好于锐钛矿型，而处理效果，则是锐钛矿型优于金红石型。
Bickley等人认为单一锐钛矿型和金红石型Ti02的光催化活性均较差，而其混晶有更高的催化活性。
纳米二氧化钛作为光催化剂的原理及应用
纳米二氧化钛作为光催化剂的原理及应用纳米二氧化钛是一种广泛应用于光催化降解有机污染物的材料。
其具有高表面积、光稳定性、可控的晶型和可调控的带隙等优良性质。
纳米二氧化钛作为光催化剂的原理是利用其能够吸收光子并激发电子，产生电子空穴对，导致氧化还原反应的发生。
纳米二氧化钛在光照下能够将水分解成氢和氧，也能够将有机污染物降解成二氧化碳和水等无害物质。
因此，纳米二氧化钛在环境净化、水处理、空气净化等方面具有广泛应用前景。
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纳米二氧化钛的性质及应用进展
二、纳米二氧化氧化钛在光学领域具有广泛的应用，其中最具代表性的是光催化。纳 米二氧化钛在紫外光下能够高效降解有机污染物，如挥发性有机物、染料、农药 等。通过光催化反应，这些污染物可以被分解为无害的二氧化碳和水，从而达到 净化环境的目的。此外，纳米二氧化钛还可以用于光电催化制氢、太阳能电池等 领域。
一、纳米二氧化钛的性质
纳米二氧化钛是一种白色粉末，具有高透明度、高分散性和低能耗等特点。 其晶体结构包括锐钛矿型和金红石型两种，前者具有较好的光催化性能，后者则 具有较高的稳定性和耐候性。纳米二氧化钛的制备方法主要包括化学气相沉积、 液相法、溶胶-凝胶法等，其中最为常用的是液相法。
纳米二氧化钛具有优异的光学性能，其带隙能约为3.2 eV，对应于紫外光的 吸收波长范围。因此，纳米二氧化钛在紫外光下具有高效的光催化性能，可用于 降解有机污染物、抗菌消毒等领域。此外，纳米二氧化钛还具有较好的化学稳定 性和耐候性，使其在室外环境下仍能保持较高的活性。
六、结论
纳米二氧化钛作为一种重要的无机纳米材料，由于其独特的物理化学性质， 在光学、电子、医药等领域具有广泛的应用前景。本次演示对纳米二氧化钛的应 用研究进展进行了详细探讨，总结了其研究现状、成果与不足，并指出了未来的 研究方向。随着纳米技术的不断发展和新材料领域的不断创新，相信纳米二氧化 钛在未来将会在更多领域得到广泛应用，为人类社会的发展和进步做出贡献。
然而，纳米二氧化钛的应用仍存在一些问题和不足之处。首先，其制备过程 较为复杂，需要严格控制制备条件，以保证其结构和性能的稳定性。其次，纳米 二氧化钛的应用过程中可能存在一定的环境风险，需要加强对其生态毒理学的研 究和控制。最后，纳米二氧化钛的大规模生产和应用还需要进一步完善产业链和 市场推广。
结论
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)。
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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
Ti(OH)4==TiO2 +2H2O
三．仪器与试剂
（1）仪器
分析天平，普通天平，温度计，电炉，烧杯，洗瓶，玻璃棒，布氏漏斗，吸滤瓶，滤纸，真空泵，，精密试纸（3.8-5.4,5.5-9.0），广义pH试纸，石棉网，锥形瓶，试剂瓶，磁力搅拌器，光反应装置，坩埚。
公用仪器：高温炉，烘箱，恒温水浴锅，太阳光模拟器，离心机。
（2）试剂
亚甲基蓝，甲基橙，H2SO4，HCl，醋酸，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛，纳米二氧化钛，p25.，无水乙醇（以及其他自己需要的药品）。
四．实验步骤
以钛酸正丁酯为前驱物，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为螯合物制备二氧化钛溶胶。
1、室温下取10ml钛酸正丁酯，缓慢滴入到35ml无水乙醇中→用磁力搅拌器强力搅拌10min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
2、4ml冰醋酸+10ml蒸馏水→加到35ml无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B→加入1-2滴盐酸，调节pH使pH=3-4。
3、室温水浴下在剧烈搅拌下将已经移入恒压漏斗中的溶液中的溶液A缓慢滴入溶液B中，滴速大约为3ml/min。
4、滴加完毕后得到浅黄色溶液，继续搅拌半小时后，40摄氏度水浴加热，2h 后得到白色凝胶（倾斜烧瓶凝胶不流动）。
5、将凝胶加热浓缩，得黑色粉末。
6、在600摄氏度下热处理2h得到二氧化钛（纯白色）粉体。
7、配制0.001mol/L的亚甲基蓝。
并测其吸光度。
8、称取0.1g二氧化钛，放入反应器，加入80ml0.001mol/L的亚甲基蓝。
反应40分钟。
测定反应后的亚甲基蓝的浓度。
五、注意事项
1、所有取用钛酸丁酯的胶头滴管、烧饼、量筒、玻璃棒等都需要无水。
2、取用过钛酸丁酯的玻璃仪器，都需要及时先用无水乙醇洗涤，再用水洗涤。
切忌先用水洗涤。
六．实验数据
测量活度所用二氧化钛的质量：0.10g.
七．数据处理
亚甲基蓝降解率=A0－A1/A0*100%=0.993-0.791/0.993*100%=20.34%
甲基橙降解率=A0－A1/A0*100%=0.633-0.626/0.633*100%=1.11%
八、思考题
1.为什么所有的仪器必须干燥？
答：钛酸四丁酯容易水解，如果仪器不是干燥的可能会引起钛酸四丁酯水解产生沉淀Ti(OH)4，导致实验失败。
2.加入冰醋酸的作用是什么？
答：加入冰醋酸是为了防止钛酸四丁酯水解。
3.为何本实验中选用钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱物，而不选用四氯化钛TiCl4
为前驱物？
答：四氯化钛是无机钛盐，钛酸四丁酯是有机钛盐。
室温下，四氯化钛是液体，并向空气中发烟，形成二氧化钛固体和盐酸液滴的混合物，污染较大不符合绿色化学的理念。
而钛酸四丁酯则不会产生上述污染。
实验图片
溶液A 凝胶
凝胶加热浓缩烘干
黑色粉末白色粉末。