納米二氧化鈦的制備及其應用

1、納米二氧化鈦的制備及其應用論文導讀：氣相法是直接利用氣體。當今制備納米粒子液相法居多。納米二氧化鈦的制備方法也是如此。液相法，納米二氧化鈦的制備及其應用。關鍵詞：納米二氧化鈦，氣相法，液相法，光催化納米二氧化鈦（TiO2）具有許多特殊性能，比如表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道四大效應1，從而使其與普通二氧化鈦相比具有許多特殊性能。納米二氧化鈦是無機納米半導體材料TiO2中極其重要的一種納米材料，是一種穩(wěn)定的無毒紫外光吸收劑2，納米TiO2還具有很好的光催化作用3，在光照條件下能夠降解有機污染物、殺死細菌。納米二氧化鈦在水處理、催化劑載體、紫外線吸收劑、光敏性催化劑、防曬護膚化妝品

2、、光電子器件等領域具有廣泛的用途。目前納米二氧化鈦的制備方法主要分為液相法和氣相法，本文對其制備方法及其應用發(fā)展進行了總結。1 制備方法1.1 氣相法氣相法是直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學反應，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。1.1.1 四氯化鈦氣相氧化法 此法多是以四氯化鈦為原料，以氮氣為載氣，以氧氣為氧源，在高溫條件下四氯化鈦和氧氣發(fā)生反應生成納米二氧化鈦。該工藝的優(yōu)點是自動化程度高，可以制備出優(yōu)質(zhì)的二氧化鈦粉體；缺點是二氧化鈦粒子遇冷結疤的問題較難解決，對設備要求高，技術難度大，在生產(chǎn)過程中排出有害氣體Cl2，對環(huán)境污染嚴

3、重。1.1.2 四氯化鈦氫氧火焰法 以TiCl4為原料，將TiCl4氣體導入高溫的氫氧火焰中7001000，進行高溫氣相水解備納米二氧化鈦。四氯化鈦氫氧火焰法制得的納米二氧化鈦粒子晶型為銳鈦礦和金紅石的混合型，該工藝優(yōu)點是產(chǎn)品純度高達99.5%，粒徑小、比表面積大、分散性好、團聚程度小，可用作電子化工材料，制備工藝成熟，生產(chǎn)過程較短，自動化程度高；缺點是反應過程溫度較高，生成HCl使設備腐蝕嚴重，對材質(zhì)要求高，需要精確控制工藝參數(shù)。1.2 液相法當今制備納米粒子液相法居多，納米二氧化鈦的制備方法也是如此。主要有溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法等。1.2.1 溶膠凝膠法 溶膠凝膠法(簡稱SG法)，又

4、名膠體化學法，是被廣泛采用的一種制備納米二氧化鈦的方法。其原理是以鈦醇鹽或鈦的無機鹽為原料，經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、煅燒得到納米二氧化鈦粒子。論文參考，液相法。與其它方法相比制品的均勻度高，尤其是多組分的制品，其均勻度可達分子或原子尺度；制品的純度高，而且溶劑在處理過程中容易除去；反應易控制，副反應少；煅燒溫度低，工藝操作簡單。1.2.2 水熱法 水熱反應過程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進行有關化學反應的總稱。該法的原理是在高壓、水熱條件下加速離子反應和促進水解反應。論文參考，液相法。一些在常溫下反應速度很慢的熱力學反應，在水熱條件下可以實

5、現(xiàn)反應快速轉(zhuǎn)化。2 納米TiO2催化性能的應用2.1 殺菌功能抗菌是指TiO2在光照下對環(huán)境中微生物的抑制或殺滅作用。TiO2光催化劑對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等具有很強的殺菌能力。在紫外線作用下，以0.1mg/cm3濃度的超細TiO2可徹底地殺死惡性海拉細胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來水，可大大減少水中的細菌數(shù)，飲用后無致突變作用，達到安全飲用水的標準5；當細菌吸附于由納米二氧化鈦涂敷的光催化陶瓷表面時，TiO2被紫外光激發(fā)后產(chǎn)生的活性超氧離子自由基(O-)和羥基自由基(OH-)能穿透細菌的細

6、胞壁,破壞細胞膜質(zhì)，進入菌體，阻止成膜物質(zhì)的傳輸，阻斷其呼吸系統(tǒng)和電子傳輸系統(tǒng)，從而有效地殺滅細菌，并抑制細菌分解有機物產(chǎn)生臭味物質(zhì)如H2S、SO2、硫醇等4；在涂料中添加納米TiO2可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應用于醫(yī)院病房、手術室及家庭衛(wèi)生間等細菌密集、易繁殖的場所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細菌，防止感染。論文參考，液相法。論文參考，液相法。2.2 防紫外線功能納米TiO2既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過可見光，是性能優(yōu)越、極有發(fā)展前途的物理屏蔽型的紫外線防護劑。與同樣劑量的一些有機紫外線防護劑相比，納米TiO2在紫外區(qū)的吸收峰更高，更可貴

7、的是它還是廣譜屏蔽劑，不象有機紫外線防護劑那樣只單一對UVA或UVB有吸收6。它還能透過可見光，加入到化妝品使用時皮膚白度自然，不象顏料級TiO2，不能透過可見光，造成使用者臉上出現(xiàn)不自然的蒼白顏色。論文參考，液相法。利用納米TiO2的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、涂料和塑料填充劑，可以替代有機紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。論文參考，液相法。2.3 防霧及自清潔涂層TiO2薄膜在光照下具有超親水性和超永久性7，因此其具有防霧功能，如在汽車后視鏡上涂覆一層氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結，冷凝水也不會形成單個水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在表面，所以表面

8、不會發(fā)生光散射的霧。當有雨水沖過，在表面附著的雨水也會迅速擴散成為均勻的水膜，這樣就不會形成分散視線的水滴,使得后視鏡表面保持原有的光亮，提高行車的安全性。如果把高層建筑的窗玻璃、陶瓷等這些建材表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦的光催化反應就可以把吸附在氧化鈦表面的有機污染物分解為CO2和O2，同剩余的無機物一起可被雨水沖刷干凈，從而實現(xiàn)自清潔功能8。參考文獻：1卓長平,張雄.納米涂料發(fā)展現(xiàn)狀J.上?；?003 (11):33 36.2徐國財,張立德.納米復合材料J.北京:化學工業(yè)出版社,2002,200(11):57.3陳秋月.納米二氧化鈦改性的研究M.內(nèi)蒙古石油化工,1998,30 (1):5153.4Yu J.G.,Zhao X.J. Mater.Res. BullM.,2000,35,1293.5WatanabeT.,FukayamaS.,MiyauchiM.,FujishimaA.,HashimotoK.J.Sol.Gel.Sci.Technol,2000,19(3).71-76.6Zhu Y.F.,Zhang L.,WangL.,Tan R.Q.,Cao L.Li Sruf.InterfM.An