二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及應(yīng)用爭(zhēng)論進(jìn)展摘要：納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N重要的納米材料,在陶瓷材料、催化劑載體等領(lǐng)域有著泛3應(yīng)用爭(zhēng)論進(jìn)展和進(jìn)展前景。關(guān)鍵字：二氧化鈦納米復(fù)合材料制備方法應(yīng)用爭(zhēng)論進(jìn)展光催化降解手段消退有機(jī)污染物是近年來日益受到重視的一項(xiàng)技術(shù)。目前用于光催化降解環(huán)境污染物的催化劑多為N型納米半導(dǎo)體材料，如TiO2、ZnO、Fe2O3等，其中TiO2因廉價(jià)TiO2在降解環(huán)境污染物方面應(yīng)用最廣，理論爭(zhēng)論也較成熟。對(duì)于解決目前日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，納米TiO2光催化氧化技術(shù)極具爭(zhēng)論和有用價(jià)值。一、二氧化鈦的制備方法固相法固相法是通過固相到固相的變化來制備納米TiO2粉體,根底的固相法是鈦或鈦的氧化物按肯定的比例充分混合,研磨后進(jìn)展煅燒,通過發(fā)生固相反響直接制得納米TiO2粉體,或者是再次粉碎得到納米TiO2粉體。固相法包括熱分解法,固相反響法,火花放電法,高能粒子外貌上不能令人滿足,所以主要用于對(duì)粉體的純度和粒度要求不高的狀況磨法是靠壓碎、擊碎等作用,機(jī)械粉碎成粉末,可得到粒徑為15~50nm的納米TiO2粉體該法工藝簡(jiǎn)潔,本錢低廉,但顆粒易受污染,得到的TiO2產(chǎn)品純度不高,粒度分布和晶型不抱負(fù)。氣相法氣相法指直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w,使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)反響,最終在冷卻過程中分散長(zhǎng)大形成納米TiO2的方法。氣相法包括濺射法、化學(xué)氣相反響法、化學(xué)氣相分散法、氣體蒸發(fā)法等,其中應(yīng)用較多的是化學(xué)氣相反響法?；瘜W(xué)氣相反響法是利用揮發(fā)性的鈦化合物的蒸發(fā),通過化學(xué)反響生成所需化合物在保護(hù)氣體環(huán)境下快速冷凝,從而制備納米TiO2。該法制備的納米TiO2顆粒均勻,純度高,粒度小,分散性好,化學(xué)反響活性高,工藝可控和連續(xù)。先將含N2的混合氣體通入TiCl4蒸發(fā)器,預(yù)熱到435 ,經(jīng)噴嘴送入高溫管式反響器;O2預(yù)熱到870 后也經(jīng)噴嘴送入蒸發(fā)器,TiCl4和O2在900~1400 下反響,生成的納米TiO2顆粒經(jīng)粒子捕集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)氣固分別。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高,可制備出優(yōu)質(zhì)納米TiO2粉體;缺點(diǎn)是蒸發(fā)器構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。液相法3.1水解法水解法是在肯定的條件下使前驅(qū)物分子在水溶液體系進(jìn)展充分水解,以制備納米TiO2粉體的方法。其根本步驟包括:水解、中和、洗滌、烘干和焙燒。納米TiO2水解法常使用的前驅(qū)物一般是四氯化鈦或鈦醇鹽。利用均相水解法,以鈦醇鹽為鈦源制備納米TiO2微粒證水解反響的均勻性,改善了直接水解法因沉淀劑局部濃度過高引起的不均勻現(xiàn)象酯化反響和水解反響條件使得粒子的成核速率大于生長(zhǎng)速率,反響體系處于過飽和態(tài),使生成的TiO2的粒徑掌握在納米尺度,從而獲得粒徑分布均勻和純度高的納米TiO2粒子。用價(jià)廉的TiC14為原料,通過向TiCl4溶液中參加硫酸銨溶液來掌握水解并用氨水來調(diào)整pH,制備出粒徑均勻的銳鈦礦相納米TiO2粉體,該制備工藝的特點(diǎn)是:室溫下真空枯燥,即有銳鈦礦相存在,粉體的粒徑約為5nm,煅燒至400℃,粉體根本不再有質(zhì)量損失,此時(shí)粉體的平均粒徑為7nm。650℃以下煅燒2h不發(fā)生相變,于700煅燒2h開頭消滅金紅石相。3.2沉淀法沉淀法是指在可溶性鈦鹽溶液中參加沉淀劑,促使其發(fā)生水解反響生成不溶性的氫氧化物或堿式鹽沉淀,沉淀經(jīng)分別洗滌后加熱分解或脫水,即可得到納米TiO2粉體。沉淀法合成納米TiO2一般以四氯化鈦、硫酸氧鈦或硫酸鈦等無機(jī)鈦鹽為原料,原料廉價(jià)易得。也可承受工業(yè)鈦白粉生產(chǎn)的中間產(chǎn)物鈦液作為原料,國(guó)外的很多公司都承受該種工藝生產(chǎn)納米TiO2。沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均相沉淀法等。承受均相沉淀發(fā)泡法,制備出納米TiO2粉體,其主要機(jī)理是承受均相沉淀法形成粒徑大小均勻的氧化鈦前驅(qū)體凝膠,然后在肯定溫度下利用發(fā)泡劑快速膨脹發(fā)泡形成多孔納米體系。經(jīng)500 處理制得的納米TiO2粉體為純銳鈦礦型,晶粒大小約為12.834nm。試驗(yàn)結(jié)果說明,該工藝制備納米TiO2操作簡(jiǎn)潔、重現(xiàn)性好、粒徑可控。王金敏等[12]以TiCl4為原料承受沉淀法工藝可得到平均粒徑20nm的銳鈦礦型納米TiO2粉體。最正確煅燒溫度為500℃。400℃煅燒時(shí)局部轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型納米TiO2,600℃煅燒后其晶型仍為銳鈦礦型,700℃煅燒后開頭消滅金紅石型。用均相沉淀法制備納米TiO2,沉淀劑離子是通過化學(xué)反響均勻緩慢生成的。因此,沉淀能得到沉淀物,由于SO2-4或Cl-等無機(jī)離子的大量引入,需反復(fù)洗滌來除去這些離子,TiO2粉體純度不高。3.3溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法主要是鈦的醇鹽發(fā)生水解或醇解反響生成均勻的溶膠,通過進(jìn)一步反響,溶膠經(jīng)蒸發(fā)、枯燥轉(zhuǎn)變?yōu)槟z,再經(jīng)枯燥和煅燒,即可得到納米TiO2粉體。目前,對(duì)溶膠-凝膠化過程有重要影響的有溶液的pH4個(gè)主要參數(shù),假設(shè)適當(dāng)?shù)丶右哉莆?就可制備出納米TiO2粉體。溶膠-凝膠法有如下優(yōu)點(diǎn):合成溫度低,成分簡(jiǎn)潔掌握;允許摻雜大劑量的無機(jī)物和有機(jī)物;顆粒細(xì),純度高;化學(xué)均勻性好;工藝設(shè)備簡(jiǎn)潔等。該法的缺點(diǎn):原材料價(jià)格昂貴,枯燥時(shí)收縮性大等。二、二氧化鈦納米復(fù)合材料的應(yīng)用及爭(zhēng)論進(jìn)展、在化裝品中的應(yīng)用TiO2是一種具有既強(qiáng)又寬的紫外吸取光譜的物質(zhì)，因此，在日常的光防護(hù)產(chǎn)品中的用量TiO2由于當(dāng)TiO形成較大的團(tuán)聚體之后，會(huì)減弱甚至失去對(duì)紫外線的吸取力量，因此，在含有2TiO防曬品的制造中，必需對(duì)TiO用硅油或脂肪酸等進(jìn)展外表處理，以提高其分散性圈。2 2另一方面，人體的毛孔直徑大約在6tzm左右，分散性良好的納米TiO可能滲入皮膚，堵塞2皮膚的毛孔，不利于透氣和汗液的排出，從而導(dǎo)致各種皮膚疾病I。針對(duì)以上問題，金名惠等人通過溶膠凝膠法在微米級(jí)的SiO微球上包覆一層納米級(jí)的TiO2 2TiO粒子的分散性能得到明顯改善，紫外2吸取力量較純TiO2增加80％，且光催化力量得到很大抑制，使TiO作為防曬劑的安全性能2大大提高。同時(shí)通過在波長(zhǎng)為250～450nm合微粒)的紫外透過率是最小的。、在光催化中的應(yīng)用納米TiO半導(dǎo)體催化劑在作為光催化材料方面有易失活、易分散和難回收等特點(diǎn)，抑制2這一缺點(diǎn)的有效方法是制備負(fù)載型光催化劑。宋寬秀等人以SiO和四氯化鈦為原料，以氨2水調(diào)整pH值，75℃水浴保溫0．5h，用水解法在SiOTiOTiO-SiO復(fù)2 2 2 2合材料。該復(fù)合材料由納米銳鈦礦型TiOSiO組成。它們之間由Ti—O—Si鍵形成，且該2 2鍵對(duì)銳鈦礦型TiO7002TiC3．82x10-2mol／L，pH=2．5時(shí)包覆效果最好，TiOl0.26％。鞠劍峰等4 2人以TEOT和TEOSTiO—SiO2 2甲基橙的光催化降解反響對(duì)其光催化活性進(jìn)展評(píng)價(jià)。結(jié)果說明，TiO-SiO具有核-殼構(gòu)造，2 2為銳鈦礦和金紅石相的混合物，比外表達(dá)118．62m2／g，TiO以粒徑12．4nm的晶粒形式被2SiO18nm；該復(fù)合材料在光照22min時(shí)，對(duì)甲基橙降解率已達(dá)2100％，而純TiO22min時(shí)，對(duì)甲基橙降解率僅為40％，說明該復(fù)合材料光催化活性比純2TiOSiO負(fù)載的TiO2 2 2制備條件對(duì)負(fù)載型TiO光催化劑的晶相、構(gòu)造、比外表積和可見光催化活性的影響。試驗(yàn)表2明，承受SiO為載體時(shí)，TiOTiO-SiO催化劑2 2 2 2說明，染料污染物在催化劑外表的吸附是影響催化劑可見光催化活性的重要因素。與試劑TiOTiO-SiO光催化劑具有更好的光催化活性和沉降性能。2 2 2、在親水薄膜中的應(yīng)用最近爭(zhēng)論覺察，在紫外線的照耀下，TiO外表具有高度的親水性，這種高親水性TiO表2 2面具有防霧和自清潔的特性。崔婷等人以分析純的正硅酸L,(TEOS)和鈦酸丁酯(Ti(OCH))49作為前驅(qū)物，承受二步水解法在清潔的玻璃外表成功制備了均勻透亮的納米TiO-SiO復(fù)合2 2薄膜。試驗(yàn)測(cè)試說明：TiO-SiO10nm的球形顆粒組成，外表均勻，結(jié)2 2構(gòu)致密，具有平坦的組織構(gòu)造；引入SiO后可以抑制薄膜中TiO晶粒的長(zhǎng)大，且能顯著降低2 2薄膜的接觸角，增加薄膜的親水性。三、二氧化鈦納米復(fù)合材料的進(jìn)展前景盡管我們對(duì)納米TiO-SiO復(fù)合材料在光催化、涂料、玻璃防霧、化裝品等領(lǐng)域的應(yīng)2 2進(jìn)展，信任TiO2/SiO2復(fù)合材料將會(huì)有更加寬闊的應(yīng)用前景。提高牢靠性方面進(jìn)展，以加強(qiáng)復(fù)合材料與其他傳統(tǒng)材料的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。盡管我們對(duì)納米TiO-SiO復(fù)合材料在光催化、涂料、玻璃防霧、化裝品等領(lǐng)域的應(yīng)2 2進(jìn)展，信任TiO/SiO復(fù)合材料將會(huì)有更加寬闊的應(yīng)用前景。2 2提高牢靠性方面進(jìn)展，以加強(qiáng)復(fù)合材料與其他傳統(tǒng)材料的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。納米TiO比外表大、外表活性、高光吸取性能和熱傳導(dǎo)性好、催化性強(qiáng)，具有獨(dú)特的2化裝品、催化等行業(yè)，同時(shí)，又在半導(dǎo)體電池、薄膜防腐、醫(yī)藥等行業(yè)有很好的應(yīng)用前景。盡管我們對(duì)納米TiO復(fù)合材料在光催化、涂料、玻璃防霧、化裝品等領(lǐng)域的應(yīng)用有了2初步的生疏，但在提高各方面的使用性能上還需要進(jìn)一步的爭(zhēng)論。隨著納米科技的進(jìn)展，信任TiO/SiO復(fù)合材料將會(huì)有更加寬闊的應(yīng)用前景。2 2提高牢靠性方面進(jìn)展，以加強(qiáng)復(fù)合材料與其他傳統(tǒng)材料的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。參考文獻(xiàn)孫秀果，林玉龍．SiO2材料與構(gòu)造，2023(10).

TiO2

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