纳米tio2粉体 - 副本

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1、二氧化钛粉体的制备和表征一、简介钛的氧化物——二氧化钛，为雪白的粉末，俗称钛白。钛白粉为白色无机颜料，钛白粉颜料被认为是世界上最重要的白色颜料，广泛应用于涂料，塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶等。纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水和稀酸，在一定条件下微溶于碱和热硝酸，纳米TiO2热稳定性也比较好。二氧化钛颜料的有优异的抗化学性，优良的热稳定性和耐紫外降解性能。在耐紫外性能方面，金红石优于锐钛型，锐钛型比金红石型稍偏蓝，主要用于室内用涂料，造纸、橡胶、化纤、陶瓷等。二、TiO2的结构特征TiO2半导体可以分为锐铁矿、金红石和板铁矿结构三种晶体结构

2、，组成这些结构的基本单元为TiO6八面体。纳米TiO2的一个显著特点是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV，当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+。TiO2的三种晶体结构取决于TiO2八面体通过共顶还是共边组成骨架。TiO6八面体其不同的连接方式如图1（a）、（b）所示:图1(a)共边连接（b）共顶连接锐铁矿为四方晶系，主要是由Ti06八面体共边连接组成。锐铁矿中的TiO6八面体发生畸变，多个TiO6八面体之间通过共边的方式连接成一个二维八面体层，而不同八面体

3、层之间则通过共顶点的方式连接构成螺旋状的三维的网状结构。金红石为四方晶系，空间群为P42/mmm。金红石是晶格畸变较小的八面体结构，沿对角线方向略有伸长，结构由两个晶格参数a，c和配位参数z确定的，其中，a=o.459nm，c=0.296n，z=2。以Ti一O八面体的排列来看，在金红石晶格中，TiO6八面体呈链状结构分布，八面体以共边方式连接成八面体链，八面体链之间以共点方式连接成三维网状结构。金红石为四方原始格子，Ti4+离子位于四方原始格子的结点位置，Ti4+离子的配位数为6，O2-的配位数为3此外，还可以把02-离子看成近似六方密堆，Ti4+离子位于l/2的八面体里隙

4、之中，其配位数为6，02-离子则位于以Ti4+离子为顶角所组成的平面三角形的中心，其配位数为3。板铁矿结构的单位晶胞大小为:a一0.918nm，b一0.545nm，c一0.51nm，里间群pbca，板铁矿结构不稳定，是一种亚稳相，在自然界中不多见，其结构为斜方晶系，是由02-离子密堆积构成的结构主体，然后Ti4+阳离子处于八面体中心位置三、TiO2的性质及应用白色固体或粉末状的两性氧化物，化学式TiO2，分子量79.9，熔点1830～1850℃，沸点2500～3000℃。自然界存在的二氧化钛有三种变体：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。二氧化钛在水中的溶

5、解度很小，只溶于氢氟酸和热浓硫酸。板铁矿无工业应用、一般应用中，几乎都是使用的金红石和锐铁矿型Ti02。两者由于晶体结构不同，表现出不同的物理化学性能，金红石很强的遮盖力、着色性、较好的光线散射能力、较大的密度和折射率，广泛应用于陶瓷、塑料、搪瓷、纺织和油漆等工业领域，同时由于其对紫外线有良好的屏蔽作用，广泛应用于美容护肤品、油漆、食品包装等领域。而锐铁矿具有良好的光催化活性和超亲水性，广泛应用于建筑玻璃自洁净、污水处理、抗菌杀毒、空气净化、防雾玻璃等领域。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力

6、，具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面四、二氧化钛的制备方法4.1气相法4.1.1气相氢氧焰水解法该法[1]精制的氢气、空气、氯化物(TiCl4)蒸气为原料。按一定的配比放进水解炉进行高温水解，水解温度一般控制在1800℃，氢气与氧气在高温下反应生成气态水,气态水与TiC14在高温下反应生成TiO2一次颗粒，这些生成的一次颗粒烧结后变成TiO2纳米粒子。其化学反应式为：TiCl4(g)+H2(g)+O2(g)=TiO2(s)+HC1(g)；一次氧量的控制对TiO2颗粒的晶形有显著影响。如一次氧含量较高时，金红石的含量很

7、低，锐钛的含量较高；一次氧气含量较低时则相反。此外晶格的缺陷浓度，氢气的体积浓度也会影响TiO2的晶体结构。该工艺生产纳米TiO2得到的纳米度极高，缺点是工艺复杂条件不容易控制。4.1.2气相氧化法气相氧化法[2]以O2、TiCl4、N2（载气）为原料，在制备过程中一部分氮气携带经过高温预热的TiCl4蒸汽进入反应器，还有一部分氮气进入反应器尾部，一方面作为冷却气体，另一方面防止生成的TiO2粒子凝并，接着将经过预热的氧气喷进反应器，直接进行氧化还原反应得到TiO2金红石型粒子。通过火焰反应器的重新设计实现以TiC