纳米TiO2的制备方法综述

纳米TiO2的制备方法综述应化1206班李敏1505120303纳米TiO2的制备方法综述关于纳米材料●纳米微粒是指颗粒尺寸在1nm-100nm的超细微粒。●量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应。●在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。关于纳米TiO2●粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等。●在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用途。纳米TiO2的制备方法综述气相法纳米TiO2的制备方法液相法扩散火焰法TiCl4气相氧化法雾化水解法热等离子法溶胶-凝胶法微乳液法水热合成法液相沉积法离子液体化学合成法纳米TiO2的制备方法综述——气相法扩散火焰法原料：钛醇盐或四氯化钛、燃料气体和氧气等反应方程式：TiCl4(g)+2H2（g）+O2(g)→4Ti02(a)+4HC1(g)工艺流程图：纳米TiO2的制备方法综述——气相法TiCl4气相氧化法原料：四氯化钛和氧气反应方程式：TiCl4(g)+O2（g）→Ti02(s）+C12(g）制备步骤：利用N2携带TiC14蒸气，预热到435℃后经套管喷嘴的内管进入高温管式反应器，O2预热到870℃后经套管喷嘴的外管也进入反应器，TiC14和O2在900℃-1400℃下反应，生成的纳米Ti02微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺目前关键是要解决喷嘴和反应器的结构设计及Ti02粒子遇冷壁结疤的问题。其优点是自动化程度高，可制备优质的粉体。添加剂对Ti02晶型有明显的影响，Akhtar等研究发现加入硅、磷、硼等卤化物将导致气相合成Ti02的金红石相含量下降;Vemury等研究则发现，在燃烧反应器中加入A1C13能提高金红石相含量，但Ti02粒子间烧结加剧，粒径增大，难以获得纳米尺度Ti02颗粒。纳米TiO2的制备方法综述——气相法雾化水解法制备步骤：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，最后得到二氧化钛粉末。反应方程式：n（TiOR)4(g)+4nH20(g)→nTi(OH)4(s)+4nROH(g)nTi（OH)4(s)→nTi02•H20（s)+nH2O(g)nTi02•H20(s)→nTi02（s)+nH20(g)工艺流程图：纳米TiO2的制备方法综述——气相法热等离子法基本原理:由氢气、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。该法所用等离子体主要有：射频等离子体法(RF)微波等离子体法(MC)电弧等离子体法(DC)三种优缺点：粒径小、纯度高，但很难实现大规模、工业化生产纳米TiO2的制备方法综述——液相法溶胶-凝胶法原料：钛醇盐制备步骤:首先将钛酸盐加入到溶剂(一般为醇)中，通过不断搅拌形成均匀溶胶，接着钛醇盐和水发生水解反应，并伴有失水、失醇反应，所得物质聚在一起形成溶胶，经过烘干、锻烧和研磨最后得到纳米二氧化钛粉体。工艺流程图：优缺点：所需温度低、工艺简单、颗粒粒径细、分散性好等，但其制备成本较高，烘干和锻烧过程中溶胶的体积收缩较大，并且制备的二氧化钛易团聚。纳米TiO2的制备方法综述——液相法微乳液法基本原理：微乳液是由水、油和表面活性剂组成的热力学稳定体系，其中水被表面活性剂单层包裹形成微水池，分散于油相中，通过控制微水池的尺寸来控制超微颗粒的大小，因为在微水池生成的纳米颗粒的粒径可被微水池的大小有效限制。（微乳技术的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液。微乳法有望制备单分散的纳米Ti02微粉，但降低成本和减轻团聚仍是微乳法需要解决的两大难题，估计利用微乳法在工业上生产纳米级超细TiO2还要经历相当的时间。）优缺点：制得的粒子纯度高，产物粒度小且可控，粒度分布均匀，但很难制得稳定的微乳体系。该方法的关键是制备性能稳定均一的微乳液体系。纳米TiO2的制备方法综述——液相法水热合成法基本原理：水热法通过控制溶液的压力和温度或者前驱物的水来进行反应，大多是在水热釜中完成的，其温度通常高于100℃，压力超过101.3kPa，最常用的前驱物为Ti(SO4)2、钛酸丁脂和钛的卤化物等，釜中的溶液量和温度决定了其压力。优缺点：水热法制备的纳米粒子具有晶粒粒径小、无团聚现象、不需要锻烧等优点，但过程中需要高温高压，因此对反应釜的材质安全要求比较严格。纳米TiO2的制备方法综述——液相法液相沉积法原料：Ti(S04)2和TiC14等钛盐主要过程：将碱类物质(如氨水、碳酸钠、氢氧化钠等)添加到钛盐溶液中形成Ti(OH)4，再经过滤、洗涤、烘干过程，最后通过锻烧得到不同晶型的纳米二氧化钛粉体。工艺流程图：纳米TiO2的制备方法综述——液相法离子液体化学合成法丁昆仑等利用离子液体实现二氧化钛纳米晶可控制备，以异丙醇钛为前驱体、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为介质，通过微波加热在20分钟内即得到了尺寸、形貌可控的锐钛矿二氧化钛纳米晶。该方法简单、快速，离子液体既作介质，又为结构诱导剂。该方法可适用于其他金属氧化物纳米晶的可控合成，在金属氧化物纳米晶的可控合成方而具有潜在的应用前景。纳米TiO2的制备方法综述气相法：反应速度快，能实现连续生产，制得的产品纯度高、分散性好和表面活性大。但由于气相法反应是在高温下瞬时完成，对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式等均有很高的要求。目前气相法在我国还处于小试阶段。液相法：原料来源广泛，成本较低，设备简单，便于大规模生产。但液相法易造成局部浓度过高，颗粒大小、形状不均，分散性差，影响产品的使用效果和应用范围。因此，现今的许多制备方法只是停留在实验室阶段还未具有投入工业生产的能力，一些工业化生产的工艺还是不能有效解决纳米粒子团聚的问题。寻找成本低、污染小、操作简单、粉体粒径分布窄、分散度高的工艺和有效的表面活性剂是一个需要不断研究和探索的问题。谢谢观赏MakePresentationmuchmorefun欢迎老师同学们批评建议！