液相法制備納米二氧化鈦及其應(yīng)用(1)

1、液相法制備納米TiO2及其應(yīng)用摘要：作為一種新型的無機(jī)材料，納米TiO2的制備方法主要有氣相法、液相法和固相法三大類，主要綜述了納米TiO2的液相制備法，以及在環(huán)保、涂料、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用，并以展望其市場應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：納米TiO2；液相法；應(yīng)用0前言納米材料10指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，一般直徑在1100nm之間。由于納米微粒具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及量子隧道效應(yīng)，從而展現(xiàn)多種特殊性質(zhì)。而TiO2是納米材料中的重要一員，因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、氧化能力強(qiáng)、無毒無害、價格便宜催化能力強(qiáng)而且沒有二次污染等諸多優(yōu)點而在氣體凈化、抗菌除臭涂

2、料表面自清潔等環(huán)保領(lǐng)域倍受關(guān)注。納米TiO2包括納米顆粒、納米線、納米薄膜、納米塊材料和納米復(fù)合材料6,10。在自然界中按照晶體結(jié)構(gòu)可以分為銳鈦型（Anatase）、金石型（Rutile）和板條型（Brookite）三種形式,其中板條型是一種亞穩(wěn)態(tài)，銳鈦型的具有較高的催化效率，二者均易轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金紅石型 3。納米TiO2的制備及表征11納米TiO2的制備TiO2的制備方法大體的根據(jù)反應(yīng)物系的不同分為氣相法、液相法和固相法。但是液相法是現(xiàn)在最常采用的，主要原因4,5在于物質(zhì)原子在氣體中移動起來太過自由容易因為碰撞而改變方向，而在固體中原子基本不改變位置，但是在液體中能夠自由程度相對比較適中

3、；并且固相法固相間的反應(yīng)是通過混合固體顆粒來實現(xiàn)的，但是這樣混合的效果極其粗糙，仍需進(jìn)一步的細(xì)化。因此，液相法相比之下更加合理，并且液相法原料來源廣泛、設(shè)備簡單得到的顆粒的活性好5。1.1.1液相法液相法制備氧化物的基本原理是10將事先選擇好的可溶于水或有機(jī)溶劑的金屬鹽按照材料的計量配比制備成溶液，然后用沉淀劑或通過水解、蒸發(fā)升華等方法使金屬離子均勻沉淀或析出，最終經(jīng)過干燥得到相應(yīng)的氧化物。對于比較復(fù)雜的材料同樣容易得到均勻的分散性較好的粉末。該法制備TiO2通常有：溶膠凝膠法（solgel）、液相沉淀法（LPD法）、水熱合成法、微乳液法。1.1.1.11）溶膠凝膠法（solgel）溶膠凝膠法

4、（solgel）8是近年來制備納米TiO2最常用的方法。它是一種濕化學(xué)制備材料的方法，主要通過低溫手段控制材料的顯微結(jié)構(gòu)。該法是以有機(jī)鈦醇鹽或者無機(jī)鈦鹽為原料經(jīng)水解和縮聚制成溶膠再進(jìn)一步縮聚制成凝膠，最終通過干燥、燒結(jié)得到TiO2粉體。solgel法制備的納米TiO2粉體具有顆粒精細(xì)，純度高，單分散性好，反應(yīng)易控制，副反應(yīng)少等優(yōu)點，但是溶膠轉(zhuǎn)化成凝膠時膠粒間的相互作用力要足夠強(qiáng)才能克服膠粒間的相互作用力，而在燒結(jié)過程中易出現(xiàn)團(tuán)聚，會使其光催化性質(zhì)受到影響。針對團(tuán)聚現(xiàn)象，目前大都通過添加表面活性劑作為模板劑制備介孔TiO2或者超聲分散的方法來提高其光催化性質(zhì)。1.1.1.2液相沉淀法（LPD法）

5、LPD法14是以四氯化鈦、硫酸氧鈦等無機(jī)鈦鹽或者有機(jī)鈦醇鹽為原料，制備成一定濃度的溶液然后向其中加入氫氧化鈉、氨水碳酸銨等堿性物質(zhì)使溶液水解得到TiO2水合物沉淀，沉淀經(jīng)過解聚干燥在不同的溫度下燒結(jié)得到不同晶型的TiO2粉體。該法的優(yōu)點在于成本低，原料廣，但是工藝本身路線長，損失大，而且工藝參數(shù)控制嚴(yán)格。故而此法僅適用于部分特定領(lǐng)域?，F(xiàn)在廣泛采用的方法是在溶液中放上基片，這樣在基片上就會沉積出均勻致密的氧化物或者氫氧化物薄膜，此法使得制得的TiO2粉體的純度大大提高。1.1.1.3水熱合成法12水熱合成法是利用化合物在高溫高壓水溶液中溶解度大、離子活度增強(qiáng)、化合物晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等特殊性質(zhì)，以水溶

6、液為媒介，使通常難容或者不溶的物質(zhì)在高溫高壓的環(huán)中溶解并重結(jié)晶。該法直接將有機(jī)鈦醇或者無機(jī)鈦鹽與礦化劑（某些酸、堿、鹽）的水溶液在高溫高壓的反應(yīng)釜中水解。該法制備的粉體純度高，分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象，并且顆粒的大小是可以控制的，但是該過程要求高溫高壓，故而對設(shè)備的材質(zhì)和安全要求較嚴(yán)，從而導(dǎo)致成本的提升。1.1.1.4微乳液法11微乳液法是制備近年制備超細(xì)粉體的方法。其中微乳液是由互不相溶的液體組成的，它們宏觀上均一微觀不均勻，各向同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，一般是由油、水、表面活性劑以及助劑組成。根據(jù)包覆的對象不同分為油包水型（W/O）和水包油型（O/W）兩種微乳液。W/O型微乳液的微觀狀態(tài)是：水核被

7、由油以及表面活性劑、助劑組成的單分子層包裹在中間，在油相中水核就像一個個“微型反應(yīng)器”，其大小被控制在幾納米到幾十納米之間，彼此互不聯(lián)系，理想的反應(yīng)介質(zhì)。而O/W型微乳液則反過來水包裹著油層。此法的制備產(chǎn)物粒度小且大小可控，并且純度高，其關(guān)鍵問題在于一個穩(wěn)定均一的微乳液體系的選取，同時若應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)上還需解決減少團(tuán)聚，降低成本的實際問題。3、納米TiO2的研究現(xiàn)狀1,2及展望我國TiO2的研究始于1989年重慶大學(xué)，到了1997年，國家自然科學(xué)基金資助將納米TiO2光催化應(yīng)用于廢水處理、有效降解和消除有害污染物。目前國內(nèi)的TiO2的研究有一下幾點特點：（1）立足的重點在于TiO2的制備，普遍

8、采用液相法中的Sol-gel法，忽略了對其應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，關(guān)鍵的技術(shù)沒有取得突破性的進(jìn)展比如表面處理技術(shù)、應(yīng)用體系的分散性技術(shù)以及納米TiO2單一功能的提升技術(shù)。（2）納米TiO2的研究盡管量多，面廣，但是水平低，力量較為的分散，重復(fù)性較高，并且在實際生產(chǎn)應(yīng)用中企業(yè)的重視程度低，生產(chǎn)規(guī)模小，現(xiàn)有的市場空間小，以致于成效不明顯，給企業(yè)帶來的眼前實際利益小。（3）國內(nèi)在TiO2的質(zhì)量表征方面還沒有建立起統(tǒng)一的體系，尤其是沒有特殊性能標(biāo)準(zhǔn)。針對傳統(tǒng)技術(shù)在以上TiO2的在研究和生產(chǎn)中出現(xiàn)的易團(tuán)聚現(xiàn)象、分散難度大等問題，微尺度反應(yīng)技術(shù)近年來迅速發(fā)展起來。微尺度技術(shù)15,16依靠邊界（通常是相界面），把反

9、應(yīng)控制在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行，利用為尺度空間對反應(yīng)物的分布和形貌進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到解決分散性以及形貌問題。由于納米TiO2的納米性質(zhì)，決定了其在光催化、涂料以及化妝品等領(lǐng)域的潛在以及廣泛的應(yīng)用價值。在多項催化方面，納米TiO2是典型的綠色無毒催化劑，廣泛應(yīng)用于有機(jī)物的降解，水、空氣的凈化方面，同時在聚合、有機(jī)合成、加氫反應(yīng)等領(lǐng)域又是典型的均相配位催化劑組分；而在涂料行業(yè)，由于TiO2的本身是一種半導(dǎo)體殺菌劑，使得摻雜的涂料具有很好的抗菌防污性（其中TiO2和鋁的混合涂料由于會產(chǎn)生隨光異色效應(yīng)，而被廣泛應(yīng)用在高檔汽車油漆、油墨、印刷以及特種建材涂料等領(lǐng)域）；另外，TiO2無毒，無味，色白可以進(jìn)行簡單的

10、著色，以其對UVA、UVB的強(qiáng)吸收功能而備受化妝品界的青睞，被廣泛應(yīng)用于防曬霜、粉底、口紅以及沐浴洗發(fā)等基礎(chǔ)化妝品中。參考文獻(xiàn)1朱艷，陸濤.納米TiO2研究進(jìn)展J.鈦工業(yè)進(jìn)展，2009,26（3）：13-16.2張青龍，沈毅，吳國友，李真，朱華. 納米TiO2 的摻雜改性及應(yīng)用進(jìn)展研究J.稀有金屬快報，2005,24（12）：6-10.3高濂，鄭珊，張青紅等.納米氧化鈦光催化材料及應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20024沈志剛，陳建峰，劉潤靜等.無機(jī)鹽工業(yè)J，2002,34（2）：185解恒參，朱亦仁，李愛梅等. 無機(jī)鹽工業(yè)J，2006,38（2）：486丁延偉，范崇政.納米TiO2表面包覆的

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