二氧化钛的化学合成法 ppt课件
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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：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O, TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O然后：Fe+Fe2(SO4)3=3Fe2 SO4调PH至5-6，使Ti(SO4)2水解：Ti(SO4)2+3H2O=H2TiO3↓+2H2SO4过滤沉淀加热得到TiO2：H2TiO3= TiO2+H2O↑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]。
氯化法工艺主要包括以下几个步骤：先用盐酸除杂：Fe2O3+6HCl=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↑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1μm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1μm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。
二氧化钛的制备和形貌表征 PPT课件
由(a)选区电子衍射可知该样品是多晶结构 由(b)能谱分析可知，该样品由Ti和O组成，不含Na+
H2Ti4O9·H2O 是TiO2与水 生成的，
300 ℃以上 转变成TiO2
锐钛矿型 2θ= 25.3 °
300-500 ℃是 锐钛矿形成的
温度区域，超 过600 ℃由纳 米管转变成纳
米棒
图2.3 XRD patterns of the TNTs calcining at different temperatures and times
(thermocouple) 和加热器(heater)
控制
准备工作
初始源溶液
溶液A： 0.01mol/L的胶体 TiO2和0.001mol/L Ti(OC3H7)4 溶解在
异丙醇中
溶液B： 0.2mol/L 的胶体TiO2溶解
在蒸馏水中
形成过程
5.1喷射高温分解沉积法流程图
基底在70~1000C加热， 将溶液A喷射于基底上
图3.2 FE-SEM top-view images of porous titanium oxide films anodized in 1.5 wt% HF solution at 20 V for different times: (a) 10 s, (b) 30 s,(c) 120 s, and (d) 8 min.
图2.1 TEM images of (a) TNT-A, (b) TNT-B, (c) TNT-C, and (d) SEM
imCaomgpeanoy fLoTgoNT-C
对比发现，两步水热合成法所制备的TNTs较好
高温下， TNT沿着 径向生长
两步水热法机理
表征
H2Ti4O9·H2O 是TiO2与水 生成的，
300 ℃以上 转变成TiO2
锐钛矿型 2θ= 25.3 °
300-500 ℃是 锐钛矿形成的
温度区域，超 过600 ℃由纳 米管转变成纳
米棒
图2.3 XRD patterns of the TNTs calcining at different temperatures and times
(thermocouple) 和加热器(heater)
控制
准备工作
初始源溶液
溶液A： 0.01mol/L的胶体 TiO2和0.001mol/L Ti(OC3H7)4 溶解在
异丙醇中
溶液B： 0.2mol/L 的胶体TiO2溶解
在蒸馏水中
形成过程
5.1喷射高温分解沉积法流程图
基底在70~1000C加热， 将溶液A喷射于基底上
图3.2 FE-SEM top-view images of porous titanium oxide films anodized in 1.5 wt% HF solution at 20 V for different times: (a) 10 s, (b) 30 s,(c) 120 s, and (d) 8 min.
图2.1 TEM images of (a) TNT-A, (b) TNT-B, (c) TNT-C, and (d) SEM
imCaomgpeanoy fLoTgoNT-C
对比发现，两步水热合成法所制备的TNTs较好
高温下， TNT沿着 径向生长
两步水热法机理
表征
纳米二氧化钛的制备ppt课件
纳米TiO2的制备
.
目录
制备方法分类 化学方法 物理方法
废品展现
.
纳米TiO2粉 末的制备方
法
制备方法分类
纳米TiO2粉末的制备方法
化学方法
固相法 气相法 液相法
TiCl4氢氧火焰水解法 TiCl4气相氧化法 钛醇盐气相水解法 钛醇盐气相分解法
物理方法
气相冷凝法 粉碎法〔球磨法〕
低压气体蒸发法 溅射法
.
化学方法
3、钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由美国麻省理工学院开发胜利 的, 可以用来消费单分散的球形纳米 TiO2, 化学反 应式是: n(TiOR)4( g) +4nH2O(g) nTi(OH)4(s)+4nROH(g) nTi(OH) 4( s) nTiO2 H2O(s)+nH2O(g) nTiO2 • H2O(s) nTiO2(s)+nH2O(g)
.
化学方法
.
化学方法
2 、TiCl4气相氧化法 该方法用的原料是TiCl4和O2, 化学反响式为: TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+C12(g) 利用N2携带 TiCl4蒸气, 预热到435C 后经套管喷嘴的内管 进入高温管式反响器, O2预热到 870C 后经套管喷嘴的外 管也进入反响器, TiCl4和O2900C ~ 1400C 下反响, 生成 的纳米TiO2微粒经粒子捕集系统, 实现气固分别。
.
化学方法
化学气相堆积 化学气相堆积法〔CVD〕：两种或两种以上的气态原资料 导入到一个反响室内，他们之间发生化学反响，构成一 种新的资料，堆积到晶片外表上。该法制备的纳米TiO2 粒度细，化学活性高，粒子呈球形，单分散性好，可见 光透过性好，吸收屏蔽紫外线才干强。该过程易于放大， 实现延续化消费，但一次性投资大，同时需求处理粉体
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目录
制备方法分类 化学方法 物理方法
废品展现
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纳米TiO2粉 末的制备方
法
制备方法分类
纳米TiO2粉末的制备方法
化学方法
固相法 气相法 液相法
TiCl4氢氧火焰水解法 TiCl4气相氧化法 钛醇盐气相水解法 钛醇盐气相分解法
物理方法
气相冷凝法 粉碎法〔球磨法〕
低压气体蒸发法 溅射法
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化学方法
3、钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由美国麻省理工学院开发胜利 的, 可以用来消费单分散的球形纳米 TiO2, 化学反 应式是: n(TiOR)4( g) +4nH2O(g) nTi(OH)4(s)+4nROH(g) nTi(OH) 4( s) nTiO2 H2O(s)+nH2O(g) nTiO2 • H2O(s) nTiO2(s)+nH2O(g)
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化学方法
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化学方法
2 、TiCl4气相氧化法 该方法用的原料是TiCl4和O2, 化学反响式为: TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+C12(g) 利用N2携带 TiCl4蒸气, 预热到435C 后经套管喷嘴的内管 进入高温管式反响器, O2预热到 870C 后经套管喷嘴的外 管也进入反响器, TiCl4和O2900C ~ 1400C 下反响, 生成 的纳米TiO2微粒经粒子捕集系统, 实现气固分别。
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化学方法
化学气相堆积 化学气相堆积法〔CVD〕：两种或两种以上的气态原资料 导入到一个反响室内，他们之间发生化学反响，构成一 种新的资料，堆积到晶片外表上。该法制备的纳米TiO2 粒度细，化学活性高，粒子呈球形，单分散性好，可见 光透过性好，吸收屏蔽紫外线才干强。该过程易于放大， 实现延续化消费，但一次性投资大，同时需求处理粉体
二氧化钛 制备方法
二氧化钛制备方法二氧化钛是一种重要的无机材料，在许多领域具有广泛的应用，如光电子器件、催化剂、功能涂料等。
目前在实验室中主要有几种方法可以制备二氧化钛，包括溶胶-凝胶法、水热法、水热压法和气相法等。
溶胶-凝胶法是一种常用的制备二氧化钛的方法。
它的基本步骤是：首先将钛源（如氯化钛酸钠）溶解在适量的溶剂中，形成钛溶胶；然后加入适量的表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）作为分散剂，使钛溶胶分散均匀；接下来通过水解、缩聚等反应，将钛离子逐渐转化为纳米级的二氧化钛颗粒；最后经过干燥和煅烧等处理，得到粉末状的二氧化钛产物。
水热法是一种以高温高压水为介质的制备方法。
它的基本步骤是：首先将钛源和适量的溶剂（通常为水）加入到反应釜中；然后在高温高压条件下进行反应，在这个过程中钛源被水溶解，生成钛离子和水热合成剂；接着水热合成剂（通常为氨）与钛离子反应生成二氧化钛；最后通过过滤、洗涤等步骤，将产物分离和处理。
水热压法是一种将水热法和高压技术相结合的制备方法。
它的基本步骤是：首先将钛源和适量的溶剂（通常为水）加入到高压反应釜中；然后在高温高压条件下进行水热反应，钛源被水溶解生成钛离子和水热合成剂；接着在高压水环境中，钛离子与水热合成剂反应生成二氧化钛；最后通过降压、过滤等步骤，将产物取出。
气相法是一种在高温条件下利用气相反应制备二氧化钛的方法。
它的基本步骤是：首先将钛源加热到高温，使其转化为蒸汽状的钛化合物；然后将蒸汽状的钛化合物通过反应载气（如氧气、氩气）送入反应室，在高温条件下与反应载气发生反应生成二氧化钛；最后通过冷却和分离等步骤，将产物得到。
除了以上提到的方法，还有一些其他的制备二氧化钛的方法，如溶剂热法、微乳液法、水解沉淀法等。
每种制备方法都有其独特的特点和适用范围，在不同情况下可以选择合适的方法。
此外，制备二氧化钛的具体条件和参数也会对产物的结构和性质产生影响，因此在实际操作中需要根据具体需求进行调整和优化。
《硫酸法钛白粉生产》PPT课件
《硫酸法钛白粉生产》 PPT课件
钛白粉的性质
• 钛白粉化学名二氧化钛，商用名钛白，分子式TiO2。 • 二氧化钛是多晶型化合物，自然界中存在三种结晶形
态：金红石型（R)，锐态型（A）和板钛型。 • 板钛型属斜方晶系，不稳定晶型，当加热高于650 ℃
会直接转化为金红石型，目前无实际工业价值。 • 钛白粉无毒，化学性质很稳定。在常温下几乎不与其
兰
不能既是兰又是黄着个理论而建
红 +a*
立的.
*CIE = 国际照明协会.
-b*
单一数值可用于描述红/绿色及黄
/兰色特征.因此当一种颜色用CIE
L*a*b* 表示时,
黑
L*代表明度值,
a*代表红/绿值,
b*代表黄/兰值.
2.遮盖力
• 遮盖力即不透明度，指当一件物体涂以某种涂料时涂
料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色的能力。
主要控制参数：
要点：控制窑内的温度梯度，有合适的煅烧强度，保 证脱水脱硫晶型转化过程的充分进行；
煅烧强度
煅烧温度和时间的结合；煅烧温度低，即使延充分 的长煅烧时间，偏钛酸在窑内高温段也得不到热量 进行晶型转化，此时得到的料子白度虽然好，但是 消色力差，吸油量高，遮盖力低，pH值低；煅烧温 度过高，则白度差，亮度值低；因此要控制好煅烧 温度和时间调整好适当的煅烧强度，才能得到白度 好，消色力高，吸油量低的产品，颜料性能优异。
它物质反应。
• 1)与浓硫酸的反应
长时间煮沸情况下，TiO2能溶于浓硫酸，生成硫酸钛 或硫酸氧钛。生产中，常用此反应测定成品或半成 品的TiO2含量。为加速其溶解，可在硫酸中加入硫 酸铵或碱金属硫酸盐，使其沸点升高或起共同离子 作用。
• 2)与硫酸盐反应
钛白粉的性质
• 钛白粉化学名二氧化钛，商用名钛白，分子式TiO2。 • 二氧化钛是多晶型化合物，自然界中存在三种结晶形
态：金红石型（R)，锐态型（A）和板钛型。 • 板钛型属斜方晶系，不稳定晶型，当加热高于650 ℃
会直接转化为金红石型，目前无实际工业价值。 • 钛白粉无毒，化学性质很稳定。在常温下几乎不与其
兰
不能既是兰又是黄着个理论而建
红 +a*
立的.
*CIE = 国际照明协会.
-b*
单一数值可用于描述红/绿色及黄
/兰色特征.因此当一种颜色用CIE
L*a*b* 表示时,
黑
L*代表明度值,
a*代表红/绿值,
b*代表黄/兰值.
2.遮盖力
• 遮盖力即不透明度，指当一件物体涂以某种涂料时涂
料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色的能力。
主要控制参数：
要点：控制窑内的温度梯度，有合适的煅烧强度，保 证脱水脱硫晶型转化过程的充分进行；
煅烧强度
煅烧温度和时间的结合；煅烧温度低，即使延充分 的长煅烧时间，偏钛酸在窑内高温段也得不到热量 进行晶型转化，此时得到的料子白度虽然好，但是 消色力差，吸油量高，遮盖力低，pH值低；煅烧温 度过高，则白度差，亮度值低；因此要控制好煅烧 温度和时间调整好适当的煅烧强度，才能得到白度 好，消色力高，吸油量低的产品，颜料性能优异。
它物质反应。
• 1)与浓硫酸的反应
长时间煮沸情况下，TiO2能溶于浓硫酸，生成硫酸钛 或硫酸氧钛。生产中，常用此反应测定成品或半成 品的TiO2含量。为加速其溶解，可在硫酸中加入硫 酸铵或碱金属硫酸盐，使其沸点升高或起共同离子 作用。
• 2)与硫酸盐反应
光催化剂二氧化钛ppt课件
焙烧温度的影响
通常情况下，焙烧温度的提高会导致催化活性的降低，
因为焙烧温度会对TiO2的表面产生影响。随着焙烧温度的 提高，比表面积减少，表面吸附量有明显的减少趋势，并
且焙烧温度升高到一定程度时会引起锐钦矿型TiO2向金红 石型TiO2转变，这是导致其光催化性能下降的主要原因。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的，是 时间的 函数，随时间 的推移 而增值，其增值 的这部 分资金 就是原 有资金 的时间 价值
具体来说: 在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其 价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价 带上产生空穴（h+）。激发态的导带电子和价带空穴 又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催 化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生 氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电 子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与 表面吸附的H2O，O2反应生成氧化性很活波的羟基自 由基（•OH）和超氧离子自由基（•O2-）。能够把各 种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等无机小分子，而 且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不 停留在中间步骤，不产生中间产物。
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：
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。该过
程可用如下反应式表示：
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的，是 时间的 函数，随时间 的推移 而增值，其增值 的这部 分资金 就是原 有资金 的时间 价值
气相法制备纳米二氧化钛PPT22页
不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
气相法制备纳米二氧化钛
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
气相法制备纳米二氧化钛
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
半导体光催化基础-第四章-纳米二氧化钛PPT课件
第四章 纳米半导体与 纳米二氧化钛
4.1 纳米材料的基本概念
▪ 所谓纳米材料，是指晶粒尺度介于原子簇 和通常所说的尺度大于亚微米粒子之间的 超细材料，其晶粒尺寸一般为1~100nm。
▪ 在这个尺度范围内，电子波函数的相关长 度与体系的特征尺寸相当，或者说，固体 颗粒的尺度与第一激子的德布洛依半径相 当，电子的波动性在电子输运过程中得到 充分的展现。
易团聚Biblioteka 纳米TiO2的气相制备方法
▪ 气相法的主要优点是：纯度高，分散性好，粒度分 布窄，后处理简单。其缺点是气相反应需要将物料 气化，能耗较高，对反应器的形式、材质及进出料 方式均有很高的要求，技术难度较大。
▪ Degussa P25 TiO2的制备：在高于1200℃的高温 火焰中，在H2、O2参与下将TiCl4水解而制得，所 得产品再用过热蒸汽处理以除去表面的HCl。
4.2.4 热载流子效应
▪ 在粉末体系光催化反应中，当入射光子能量 hυ＞Eg时，多余能量△E= hυ—Eg往往以 热能形式耗散在晶格中，但当半导体微粒进 入纳米尺度时，光生载流子的转移路径很短， 颗粒中原子数目也很少。因此，碰撞几率大 大减少，热损失可显著降低并以热动能形式 提高电荷转移速度，相应地提高了能量转换 效率。这种大于带隙的激发能被利用的过程 称为热载流子注入或热载流子效应。
▪ 其次，随着纳晶粒子粒粒径的减小，比表面则 急剧增高，如粒径为10nm时，比表面为90m2/g， 粒径为5 nm时，比表面增至180 m2/g，粒径再 下降到2 nm时，比表面猛增至450 m2/g，这种 巨大的表面积亦为光催化的反应的进行提供了 有利条件。
4.2.3 超微粒的体效应
▪ 纳米颗粒体积小，所含的原子数目少，它的粒 径小于大块材料的空间电荷层的厚度，或者说 常规半导体材料界面的能带弯曲已退化至接近 平带状态。
4.1 纳米材料的基本概念
▪ 所谓纳米材料，是指晶粒尺度介于原子簇 和通常所说的尺度大于亚微米粒子之间的 超细材料，其晶粒尺寸一般为1~100nm。
▪ 在这个尺度范围内，电子波函数的相关长 度与体系的特征尺寸相当，或者说，固体 颗粒的尺度与第一激子的德布洛依半径相 当，电子的波动性在电子输运过程中得到 充分的展现。
易团聚Biblioteka 纳米TiO2的气相制备方法
▪ 气相法的主要优点是：纯度高，分散性好，粒度分 布窄，后处理简单。其缺点是气相反应需要将物料 气化，能耗较高，对反应器的形式、材质及进出料 方式均有很高的要求，技术难度较大。
▪ Degussa P25 TiO2的制备：在高于1200℃的高温 火焰中，在H2、O2参与下将TiCl4水解而制得，所 得产品再用过热蒸汽处理以除去表面的HCl。
4.2.4 热载流子效应
▪ 在粉末体系光催化反应中，当入射光子能量 hυ＞Eg时，多余能量△E= hυ—Eg往往以 热能形式耗散在晶格中，但当半导体微粒进 入纳米尺度时，光生载流子的转移路径很短， 颗粒中原子数目也很少。因此，碰撞几率大 大减少，热损失可显著降低并以热动能形式 提高电荷转移速度，相应地提高了能量转换 效率。这种大于带隙的激发能被利用的过程 称为热载流子注入或热载流子效应。
▪ 其次，随着纳晶粒子粒粒径的减小，比表面则 急剧增高，如粒径为10nm时，比表面为90m2/g， 粒径为5 nm时，比表面增至180 m2/g，粒径再 下降到2 nm时，比表面猛增至450 m2/g，这种 巨大的表面积亦为光催化的反应的进行提供了 有利条件。
4.2.3 超微粒的体效应
▪ 纳米颗粒体积小，所含的原子数目少，它的粒 径小于大块材料的空间电荷层的厚度，或者说 常规半导体材料界面的能带弯曲已退化至接近 平带状态。
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如果将钛醇盐蒸气、水蒸气和有机表面处理剂一起导入 反应器，在钛醇盐蒸气气相水解、形成纳米 TiO2 以后，可 以对纳米 TiO2 粒子再进行有机表面处理，制备的纳米 TiO2 可用于油漆、高分子材料和催化剂等领域。缺点是原料成本 高，不能直接合成金红石型纳米TiO2。
优点
操作温度较低 能耗小 对材质要求不是很高 可以连续化生产
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13
钛醇盐气相热解法
日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的纳米 TiO2，这种纳米 TiO2 可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化妆品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以 250~350°C为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉 的停留时间 为 0.1 ~ 10s， 其 流 速 为 10 ~ 1000m/s，体积分数为0.1%~10%;为增加所生成纳米 TiO2 的 耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物 (如铝、锆的醇盐) 蒸气，使纳米 TiO2 粉体制备和无机表面处理同时进行。
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4
钛醇盐气相氧化法
在多孔扩散焰反应器中的氧化 TTIP形成纳米 TiO2 粒子
扩散焰反应器的结构如左图所示。
将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的 原因，反应前驱体一般选用钛酸四异丙醇酯 (TTIP)。
扩散焰反应器由3根同心圆管组成，空气携带着 TTIP蒸气 由内管进入反应区，甲烷作为燃料由第2支管子导入火焰区， 氧气经最外面的管子也进入火焰区。甲烷和氧气在火焰区燃 烧产生的能量用来预热空气和 TTIP，并控制反应区的温度。
当反应温度为700°C，臭氧的摩尔分数 为1.4%时，合成的纳米 TiO2 的晶粒尺寸和原 始粒径最小，比表面积最大。
火焰的方位和结构的影响
预混合反应器的方位主要影响停留时间，对 晶型组成、颗粒尺寸有一定影响，但对粒子的形 貌影响不大 。 在层流扩散焰反应器中合成纳米 TiO2 ，反应器的混合方式和火焰结构可以有效 控制产物的平均原始粒径 (10~50nm)和晶型组 成 (金红石型的质量分数为6%~50%)。
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9
钛醇盐气相水解法
胡黎明等用低温氮气冷激高温氮气携带的Ti(OC4H9)4 蒸 气， 形成亚微米的液滴，再与水蒸气反应，在较低温度下 合成了纯度高且单分散性好的纳米 TiO2 粒子。将上述过程 分解为混合段和反应段，导出了表征颗粒成核与生长的全混 反应器串级模型。该模型较好地解释了实验现象和结果，理 论预测和实验研究表明，产物颗粒的粒径与反应器中流动、 混合状况及反应体系的热力学性质有关。
缺点
原料成本高 不能直接合成金红 石型纳米TiO2
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11
03
钛醇盐气相热解法
PART THREE
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12
钛醇盐气相热解法
该工艺以钛醇盐为原料，将其加热气化，用氮气、氦气或氧气 作载气把钛醇盐蒸气 经预热后导入热分解炉，进行热分解反应。
Ahonen等将钛酸四异丙醇酯导入垂直气相反应器进行热解反应 ，研究表明前驱体的 分解温度为 200 ~ 500 °C ， 600 °C 时颗粒直径为21~23nm，随着反应温度的升高，纳米 TiO2 粒径逐渐增加， 700 ~ 800 °C 时伴有不规则颗粒的产生 ，900 ~ 1200 °C 时有面状 颗粒出现，所得的纳米 TiO2 主要为锐钛矿型，600°C以上为单晶， 1200°C有少量金红石 型出现。
该工艺的最大缺点是原料成本较高，产物中残碳含量高，难以合成 纯金红石型的纳米 TiO2。
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14
感谢聆听
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15
二氧化钛的化学合成法
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1
气相法合成纳米 TiO2 的优点是反应速率快，能 实现连续化生 产，而且制造的纳米 TiO2 粉体 纯度高、分散性好、团聚小。
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2
目录
CONTENTS
01 钛醇盐气相氧化法 02 钛醇盐气相水解法 03 钛醇盐气相热解法
ppt课件
3
01
钛醇盐气相氧化法
PART ONE
杨纪民等利用热解色谱联用分析系统对钛酸丁酯热解反应机理及动力学进行了研究， 发现热解过程是 一个复杂的多元反应过程。在500~800°C，钛酸丁酯热解尾气产物主要 是烯烃、醇、醚和醛类化合物。经热解机理分析发现，重排断裂是整个热解过程的主反 应，其反应动力学常数为3.87×105，活化能为 69.3kJ/mol。
为增大粒径和提高产物的金红石型含量，可 以通过增加甲烷气体的流量而提高反应温度来实 现。
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02
钛醇盐气相水解法
PART TWO
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钛醇盐气相水解法
该工艺是将钛醇盐气化成蒸气或经喷嘴雾化成微小的液滴，然后与水蒸气反应 ， 可以用来合成单分散的球形纳米 TiO2 ; 由于反应温度不高，所制备的纳米 TiO2 通常 为非晶型或锐钛矿型，如要得到金红石型纳米 TiO2 还需经过高温煅烧。
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钛醇盐气相氧化法
臭氧的影响
由于臭氧是一种高反应活性的气体，可 以增加氧化反应的速率，降低活化能，从而 提高反应初期 TiO2 的过饱和度。
用氧气将 TTIP蒸气带入管式反应器，同 时另一路含有臭氧的氧气流也进入反应器 。
在300 ~ 850 °C 下 ，臭氧使纳米 TiO2 晶粒尺寸和原始粒径变小，比表面积变大， 团聚减轻，晶型转化温度提高约100°C。
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Hale Waihona Puke 钛醇盐气相水解法日本 Nipponsoda株式会社利用氮气、氦气或空气作为 载气， 把钛醇盐蒸气和水蒸气分别导入反应器的反应区，进 行瞬间混合和快速水解反应。通过改变反应区中各种蒸气的 停留时间、摩尔比、流速、浓度以及反应温度来调节纳米 TiO2 的粒径和粒子形状。这种制备工艺可以获得平均原始粒 径为10~150nm，比表面积为 50~300m2/g的非晶型纳米 TiO2。
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钛醇盐气相氧化法
当反应温度为400°C左右时，合成的纳米 TiO2 为无定形结构； 当反应温度为900~1430°C时，纳米 TiO2 为锐钛矿型与金红石型的 混合物，晶粒尺寸为 6.7~11.0nm; 当反应温度为1500~1750°C 时，纳米 TiO2 的晶型为100%的锐钛矿 型，晶粒尺寸为7.5 ~ 9.9 nm ，形状为球形。
优点
操作温度较低 能耗小 对材质要求不是很高 可以连续化生产
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钛醇盐气相热解法
日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的纳米 TiO2，这种纳米 TiO2 可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化妆品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以 250~350°C为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉 的停留时间 为 0.1 ~ 10s， 其 流 速 为 10 ~ 1000m/s，体积分数为0.1%~10%;为增加所生成纳米 TiO2 的 耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物 (如铝、锆的醇盐) 蒸气，使纳米 TiO2 粉体制备和无机表面处理同时进行。
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4
钛醇盐气相氧化法
在多孔扩散焰反应器中的氧化 TTIP形成纳米 TiO2 粒子
扩散焰反应器的结构如左图所示。
将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的 原因，反应前驱体一般选用钛酸四异丙醇酯 (TTIP)。
扩散焰反应器由3根同心圆管组成，空气携带着 TTIP蒸气 由内管进入反应区，甲烷作为燃料由第2支管子导入火焰区， 氧气经最外面的管子也进入火焰区。甲烷和氧气在火焰区燃 烧产生的能量用来预热空气和 TTIP，并控制反应区的温度。
当反应温度为700°C，臭氧的摩尔分数 为1.4%时，合成的纳米 TiO2 的晶粒尺寸和原 始粒径最小，比表面积最大。
火焰的方位和结构的影响
预混合反应器的方位主要影响停留时间，对 晶型组成、颗粒尺寸有一定影响，但对粒子的形 貌影响不大 。 在层流扩散焰反应器中合成纳米 TiO2 ，反应器的混合方式和火焰结构可以有效 控制产物的平均原始粒径 (10~50nm)和晶型组 成 (金红石型的质量分数为6%~50%)。
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钛醇盐气相水解法
胡黎明等用低温氮气冷激高温氮气携带的Ti(OC4H9)4 蒸 气， 形成亚微米的液滴，再与水蒸气反应，在较低温度下 合成了纯度高且单分散性好的纳米 TiO2 粒子。将上述过程 分解为混合段和反应段，导出了表征颗粒成核与生长的全混 反应器串级模型。该模型较好地解释了实验现象和结果，理 论预测和实验研究表明，产物颗粒的粒径与反应器中流动、 混合状况及反应体系的热力学性质有关。
缺点
原料成本高 不能直接合成金红 石型纳米TiO2
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03
钛醇盐气相热解法
PART THREE
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钛醇盐气相热解法
该工艺以钛醇盐为原料，将其加热气化，用氮气、氦气或氧气 作载气把钛醇盐蒸气 经预热后导入热分解炉，进行热分解反应。
Ahonen等将钛酸四异丙醇酯导入垂直气相反应器进行热解反应 ，研究表明前驱体的 分解温度为 200 ~ 500 °C ， 600 °C 时颗粒直径为21~23nm，随着反应温度的升高，纳米 TiO2 粒径逐渐增加， 700 ~ 800 °C 时伴有不规则颗粒的产生 ，900 ~ 1200 °C 时有面状 颗粒出现，所得的纳米 TiO2 主要为锐钛矿型，600°C以上为单晶， 1200°C有少量金红石 型出现。
该工艺的最大缺点是原料成本较高，产物中残碳含量高，难以合成 纯金红石型的纳米 TiO2。
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感谢聆听
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二氧化钛的化学合成法
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1
气相法合成纳米 TiO2 的优点是反应速率快，能 实现连续化生 产，而且制造的纳米 TiO2 粉体 纯度高、分散性好、团聚小。
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2
目录
CONTENTS
01 钛醇盐气相氧化法 02 钛醇盐气相水解法 03 钛醇盐气相热解法
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01
钛醇盐气相氧化法
PART ONE
杨纪民等利用热解色谱联用分析系统对钛酸丁酯热解反应机理及动力学进行了研究， 发现热解过程是 一个复杂的多元反应过程。在500~800°C，钛酸丁酯热解尾气产物主要 是烯烃、醇、醚和醛类化合物。经热解机理分析发现，重排断裂是整个热解过程的主反 应，其反应动力学常数为3.87×105，活化能为 69.3kJ/mol。
为增大粒径和提高产物的金红石型含量，可 以通过增加甲烷气体的流量而提高反应温度来实 现。
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钛醇盐气相水解法
PART TWO
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钛醇盐气相水解法
该工艺是将钛醇盐气化成蒸气或经喷嘴雾化成微小的液滴，然后与水蒸气反应 ， 可以用来合成单分散的球形纳米 TiO2 ; 由于反应温度不高，所制备的纳米 TiO2 通常 为非晶型或锐钛矿型，如要得到金红石型纳米 TiO2 还需经过高温煅烧。
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钛醇盐气相氧化法
臭氧的影响
由于臭氧是一种高反应活性的气体，可 以增加氧化反应的速率，降低活化能，从而 提高反应初期 TiO2 的过饱和度。
用氧气将 TTIP蒸气带入管式反应器，同 时另一路含有臭氧的氧气流也进入反应器 。
在300 ~ 850 °C 下 ，臭氧使纳米 TiO2 晶粒尺寸和原始粒径变小，比表面积变大， 团聚减轻，晶型转化温度提高约100°C。
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Hale Waihona Puke 钛醇盐气相水解法日本 Nipponsoda株式会社利用氮气、氦气或空气作为 载气， 把钛醇盐蒸气和水蒸气分别导入反应器的反应区，进 行瞬间混合和快速水解反应。通过改变反应区中各种蒸气的 停留时间、摩尔比、流速、浓度以及反应温度来调节纳米 TiO2 的粒径和粒子形状。这种制备工艺可以获得平均原始粒 径为10~150nm，比表面积为 50~300m2/g的非晶型纳米 TiO2。
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钛醇盐气相氧化法
当反应温度为400°C左右时，合成的纳米 TiO2 为无定形结构； 当反应温度为900~1430°C时，纳米 TiO2 为锐钛矿型与金红石型的 混合物，晶粒尺寸为 6.7~11.0nm; 当反应温度为1500~1750°C 时，纳米 TiO2 的晶型为100%的锐钛矿 型，晶粒尺寸为7.5 ~ 9.9 nm ，形状为球形。