二氧化钛综述.doc

纳米二氧化钛的制备的综述 前言： 纳米技术是20世纪末出现的高新技术, 在材料科学技术领域占有重要地位, 有望成为21世纪新的经济增长点, 纳米材料的制备、性能及其应用的研究已经成为人们共同关注的前沿课题, 在众多的纳米材料中,纳米TiO2因其具有独特的光催化性、优异的颜色效应及紫外线屏蔽等功能,在催化剂载体、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件以及在相关军事等方面都具有广阔的应用前景. 关键字：纳米二氧化钛、性质、制备方法、应用 性质： （1）基本物化特性： 纳米TiO2除了具有与普通纳米材料一样的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等外,还具有其特殊的性质,尤其是催化性能. 纳米TiO2化学性能稳定,常温下几乎不与其它化合物反应,不溶于水、稀酸,溶于氢氟酸和热浓硫酸与硫酸氢钾或与氢氧化碱或碳酸碱共同熔融成钛酸碱后可溶于水。相对密度约4.0。熔点1855℃。nTiO2(S） +4nROH(g） 采用该法制备纳米TiO2纯度高、单分散性好, 但技术、设备要求高, 产量低, 成本高。 ② 气相氧化法 该法一般以TiCl4为原料, O2为氧源, N2 , Ar 作为稀释气( 或载气） , 把TiCl4蒸汽带入反应器, TiCl4与O2在900—1400℃ 下反应, 其化学反应式为: TiCl4(g）+O2(g）TiO2(S） +2Cl2(g) 采用该工艺自动化程度高, 制备的纳米TiO2粒度好, 单分散性好,透光性好, 但技术、设备要求高,生产能力低, 产品成本高. ③气相水解法 该法通常以钛醇盐为原料, 用氮气、氦气或空气作载气, 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, 其反应式为: nTi(OR)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) 该工艺可以通过控制蒸汽的停留时间、 摩尔比、流速、 浓度以及反应温度来调节纳米TiO2的粒径和形状，制得粒径10—150nm、比表面积50—300m2/g的非晶型纳米TiO2。该工艺操作温度较低、 能耗小 ，对设备的材质要求不高，可连续生产。 ④气相热解法 通常采用简单的单温炉 ，在真空或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TiO2。 其反应式为: Ti(OC4H9)4(g) TiO2( S) +4C4H8(g) +2H2O(g) C4H8(g) +6O24CO2(g) +4H2O (g) 该法制备的纳米TiO2，化学活性高，分散性好，可以通过控制Ti(OC4H9)4的浓度和炉温来控制纳米TiO2的粒径分布 但投资大、成本高。 ⑤气相氢氧火焰法 该法以TiCl4为原料，将TiCl4气体在氢氧焰中( 700—1000℃ ) 进行高温水解而制取纳米TiO2 ，其化学反应式为: TiCl4(g)+2H2+O2TiO2(S) +4HCl(g) 该工艺得到的纳米TiO2一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高(99.5%)、粒径小( 21nm)、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，主要用于电子材料、催化剂和功能陶瓷、电子化工材料。该工艺的自动化程度高 ，但其过程温度较高，设备材质要求较高 ，工艺参数控制要求精确 ，因此产品成本较高。 二、液相法 （1） 胶溶法 一般以硫酸氧钛为原料，加酸使其形成溶胶 ，经表面活性剂处理，得到浆状胶粒， 然后通过热处理使之分解即可得到纳米TiO2粒子。其反应原理如下: 沉淀反应:TiO2++OH-TiO(OH)+ TiO(OH)++OH-TiO(OH)2↓ 溶胶反应: TiO(OH)2+H+TiO(OH) +·H2O 热解反应: TiO(OH)2TiO2+H2O 用该法制备的纳米TiO2粉体分散性好，烧结活性好，但成本高，不易大量生产。 （2） 溶胶-凝胶法 该方法是以有机或无机钛盐为原料，在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶，凝胶经加热( 或冷冻) 干燥、煅烧得到产品。 反应过程为: 水解反应: Ti(OR)4 + nH2OTi(OR)(4-n)(OH)n+nROH 缩聚反应: 2TiOHTiOTi+H2O TiOR+HOTiTiOTi+ROH 溶剂化反应: Ti(OR)4+mROHTi(OR)(4-m)(OR)m+mROH 用该法得到的纳米TiO2粉体均匀分布，纯度高 ，分散性好， 煅烧温度低 ，反应易控制 ，副反应少 ，设备和工艺操作简单， 但原料成本较高 ，工艺时间长 ，干燥、煅烧时凝胶体积收缩大， 易造成纳米TiO2颗粒间的团聚。 （3） 沉淀法 ①直接沉淀法