【2019年整理】纳米二氧化钛的制备

1、纳米二氧化钛的制备技术研究 1060810028 陈前波 湖北第二师范学院 摘要：本文综述了纳米二氧化钛的制备技术。介绍各种制备技术的 基本原理，比较各种制备方法制备的纳米二氧化钛的性能，并指出了 各种制备技术的特点。 关键词：纳米二氧化钛、制备技术、特点 纳米粉体是指颗粒粒径小于100nm的粒子。由于颗粒尺寸的微 细化，使得纳米粉体在保持原有物质化学性质的同时，与大块物质相 比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇 异的性能。 纳米二氧化钛不但具有纳米粉体的表面效应、 体积效应、小尺寸 效应、久保效应等，而且具有其独特的性能。因此具有广阔的应用前 景。利用纳米二氧化钛作光

2、催化剂，可处理含 Cr O2-或亚硫酸废水， 其活性比普通二氧化钛（约10卩m）高得多；利用其透明性和散射紫 外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化 妆品之防晒霜等；利用其光电导性和缺光敏性，可开发一种二氧化钛 感光材料。纳米二氧化钛，受到国内外科技界的高度重视，其研究和 开发涉及到物理、化学、化工、材料、表面、胶体等众多交叉学科， 成为材料领域的重要研究课题。目前，合成纳米二氧化钛的方法很多， 但基本上可归纳为物理法和化学法。物理法又称为机械粉碎法，对粉 碎设备要求很高，化学法又可分为气相法（CVD）、固相法和液相法。 1气相法 气相制备纳米微粒的方法通常分为二种，一种

3、不伴随化学反应， 通过真空干燥、激光、电弧高频感应和电子束照射等方法使原料气化 或形成到离子体，然后在介质中冷却凝结形成微粒， 称为物理气相沉 积（PCD）。1其优点是产物的纯度高、晶型结构好、粒度可控；但 对设备和技术水平要求高。而伴随了化学反应的化学气相沉积法 （CVD）是利用气态物质在固体表面进行化学反应，使用激光、电子 束、高频电弧为热源，生成固体沉积物。2，3气相化学法制备的二 氧化钛粉体纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大。但设备也相对 复查、产物成本高、产物难于收集。 2液相法 与上述的气相法相比，液相法具有反应温度低、设备简单、能耗 少的优点,是目前实验室和工业上广泛米用的制备

4、超微粉的方法。4 在液相法中合成纳米粉体，可以精确控制组分含量；能实现分子/原 子水平的均匀混合，因有溶剂稀释，易于控制反应，便于添加其它组 分，制备参杂型氧化物粉体。液相法是选择可溶于水或有机溶剂的金 属盐类，使金属盐溶解，并以离子或分子状态混合均匀，再选择一种 合适的沉淀剂或采用蒸发、结晶、升华、水解等过程，将金属离子均 匀沉淀或结晶出来，再经脱水或热分解制得粉体。它又分为胶溶法、 醇盐水解法、溶胶凝胶法、沉淀法等。5-7 3固相法 固相法合成纳米二氧化钛是利用固态原料热分解或固-固反应 进行的。主要有惰性气体蒸发原位加压制备法、非晶晶化法、溶胶- 凝胶法、电解沉淀法、高速超微粒子沉淀法、

5、直接沉淀法、烧结-锻 压法、反应球磨技术等。根据XRD、TEM、SEM、Mossbauer谱8 和比热测量分析，以上各种方法制备的纳米固体都具有相近的界面结 构，多数晶界呈有序结构9,但存在程度不等的点阵畸变。相比之 下，反应球磨技术制备的纳米材料有较高的缺陷密度，可获得过饱和 固溶的亚稳晶体合金相。 评价纳米二氧化钛制备方法主要有以下标准：（1）粒子纯度及表 面亲洁度高；（2）粒子粒径大小和分布是否可控；（3）粒子几何形状 均一，晶型稳定性好；（4）团聚程度低，即分散性好；（5 ）成本低, 便于大规模生产。 不同的制备方法各有其优缺点：气相法反应速度快，能实现连续 化生产。而且制造的纳米二氧

6、化钛粉体纯度高、分散性好、团聚少、 表面活性大，特别适用于精细陶瓷材料、催化剂材料和电子材料 10-13。但气相法反应在高温下瞬间完成，要求反应物在极短的时 间被达到微观上的均匀混合，对反应器的型式、设备的材质、加热方 式、进料方式均有很高的要求。目前气相法在我国还处在小试阶段。 气相法要实现大规模工业化生产，还要解决一系列工程问题和设备 材质问题固相法工艺简单，操作易行，成本低、产量大，但制得的 纳米二氧化钛粒径分布较宽，不易实现化计量控制，目前较少采用。 液相法生产们二氧化钛，其优点是原料来源广泛、成本低、设备简单、 便于大规模生产。但是液相法易造成物料局部浓度过高，粒子大小、 形状不均匀

7、，而且在干燥和煅烧的过程中易引起粒子间的团聚，使产 品的分散性变差。液相法可引入均相沉淀、微乳和高温水热技术来控 制粒径的大小和粒度的分布；还可引入冷冻干燥、共沸蒸馏、超临界 干燥和表面处理等技术来减少颗粒之间的团聚。 结语 目前，普通钛白粉的售价为人民币1015元/kg，而纳米二氧 化钛其国际市场售价为20.229.7美元/ kg，其附加值增加了 16 20倍14。由此可见，生产纳米二氧化钛的经济效益显著，意义非 常重大。液相法与气相法、固相法相比，有成本低、投资少、工艺简 单、能耗低、产品粒度均匀、分散性好等优点，利用液相法中的溶胶 -凝胶法和沉淀法可以开发生产纳米二氧化钛成果显著，势在必

8、行。 【参考文献】 1Morooka S,YasutakaeT,Kobata A,et al. A mechanism for the production of ultrafine particles of TiO2 by a gas-phase reaction. International chemical Enginnering. 1989,29 (1): 119126 2Casey J D, Hsggerty J S. J Mater Sci,1987,22:4307 3Okuyama K, Kousaka Y, Wu Jin Jwang, et al. Production of

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