纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展.pdf

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1、第34卷第2期东北电力大学学报VoI．34．No．22014年4月JournalOfNortheastDianiiUniversityApr．，2014文章编号：1005—2992(2014)02—0052—05纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展张海丰，张鹏宇2，赵贵龙，刘洪鹏(1．东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012；2．中国石油华东化工销售公司，上海200122)摘要：研究了纳米二氧化钛的制备及其在塑料制品中的应用。根据反应体系的物理形态不同，其制备方法可分为气相法、液相法和固相法三大类，其中气相法包括化学气相沉积法

2、和物理气相沉积法；液相法包括溶胶凝胶法、水热法和液相沉积法；固相法又包括固体混合法和直接焙烧法两大类。塑料制品中添加二氧化钛具有杀菌消毒作用。关键词：二氧化钛；制备；应用中图分类号：X703．3文献标识码：A纳米材料因其特有的光、电和化学性质等方面的特性，已成为材料科学领域研究热点，其中纳米二氧化钛作为一类无机功能材料备受关注。二氧化钛(TiO)俗称钛白粉，具有无味、无毒、无刺激性和热稳定性好等特点，且来源广泛，极易获得，从晶形角度而言，TiO：分为锐钛矿、板钛矿和金红石三种，其中锐钛矿型和金红石型应用较为广泛。通常，纳米级TiO

3、除了具有大多纳米粒子所特有的表面效应和量子尺寸效应等特性外⋯，还拥有较强紫外线屏蔽能力、高的光催化效应及产生颜色效应等许多特殊性能，因而TiO，广泛应用于降解有机废水、净化空气、还原重金属离子、防雾、杀菌等方面。1二氧化钛的制备方法1．1气相法气相法通常是采用某些特定的方法使反应前体物质气化，以使其在气相状态下发生化学或者物理变化，继而通过冷却使其成核、生长最终形成颗粒二氧化钛。气相法主要分为物理气相沉积法(PVD)与化学气相沉积法(CVD)，其中PVD是将前提物质通过挥发或者蒸发为气体，然后冷凝成核，从而得到粉体的方法，通常包括

4、热蒸发法、溅射法等’。PVD法是制备纳米材料采用的最早方法，多用于制备二氧化钛薄膜。在利用物理气相沉积法制备二氧化钛的过程中并不发生化学反应，所得的二氧化钛粒径小、纯度高、分散性较好，但是成本高、回收率低。经化学气相沉积法制备的二氧化钛具有很多特点，如粒径细、纯度高、表面活性大、化学活性强、凝聚粒子少等，总结前期制备方法，主要集中于：1．1．1热等离子法热等离子法制备二氧化钛的基本原理：由氩气、氢气或者氮气组成的高温等离子流中所存在的大量高活性的离子原子或者分子快速地附着在前体的表面，经历熔融气化最后成核生长，由于周围环境的温度与

5、等离子体的温度有很大的差别，所以会急速冷却得到高纯度的纳米二氧化钛颗粒。等离子体的组收稿日期：2014-03一IO基金项目：东北电力大学博士科研启动基金(BSJXM一200903)作者简介：张海丰(1974一)，男，吉林省松原市人，东北电力大学化学工程学院副教授，博士，主要研究方向：污水处理与回用第2期张海丰等：纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展53成几乎相等，粒子的温度近乎一致，属于低热等离子体。当前利用此方法制备二氧化钛的等离子体主要有射频等离子体法(RF)J、微波等离子体法(MC)和电弧等离子体法(DC)三种。近些年来，利用

6、热等离子方法制备纳米二氧化钛广泛受到人们的关注卜“J。Li等人将TiC作为前体物质，利用RF方法在射流Ar-H-CO：与射流Ar-O：中进行氧化，进而制得的二氧化钛粒径范围在10-50nm。研究发现，利用改变射流的组成和氧气通入的位置可以控制二氧化钛的粒径，而且通过增加气体流量或者降低氧气的浓度会使二氧化钛的晶型向金红石型转变，用此方法制备的二氧化钛粒径小、纯度高，但很难实现大规模、工业化生产。1．1．2雾化水解法雾化水解法采用钛醇盐为前驱物，利用静电超声等手段将其雾化成极其微小的液滴，再随载气进入反应器中，经过短时间的水解，最后

7、得到二氧化钛粉末，基本的工艺流程见图1。Ahonen等人¨将雾化水解法和溶胶凝胶法相互融合，经过雾化的液滴可以在颗粒范围内直接水解获得胶状体，通过烘干煅烧得到粉末。利用雾化水解法制备二氧化钛过程迅速、纯度高、粒径大小可控、分散性好，可以达到自动化、连续化的生产，但因制备过程中温度限制，若得到金红石型二氧化钛则还要通过高温煅烧过程。直牢磊1·1·3扩散火焰法图1雾化水解法工艺流程图以钛醇盐或四氯化钛、燃料气体和氧气等作为原料，首先将前提气体物质通入火焰反应器中，然后将燃料气体经烧嘴打入空气中，利用扩散作用使其相互混合而达到燃烧的目的

8、，在此过程中气相会发生水解和氧化等作用，随之经过结晶成核、成长、转化晶型等过程最终制得二氧化钛。典型的P是Degussa公司通过Ticl氢氧火焰法制的，其反应方程式为：TiC14(g)+H2(g)+0：(g)一Ti0：(S)+4HC1(g)．(1)