超临界条件下TiO纳米管制备与干燥实用教案

1、TiO2纳米管和纳米颗粒的应用与介绍TiO2纳米管的制作方法和成型机制超临界流体(lit)技术制作纳米材料第1页/共31页第一页，共32页。TiO2纳米管和纳米颗粒的应用纳米管和纳米颗粒的应用(yngyng)与介绍与介绍光催化剂：有效(yuxio)降解：染料、表面活性剂、有机卤化物、农 药、油类、氰化物等 转化为：无毒小分子物质优点：无毒，催化活性高，氧化能力强，稳定性好第2页/共31页第二页，共32页。TiO2纳米管和纳米颗粒的应用纳米管和纳米颗粒的应用(yngyng)与介绍与介绍纳米级TiO2的优点：比表面和表面活性大磁性强光吸收(xshu)性能好 吸收(xshu)紫外线的能力强热导性和分

2、散性好量子效应表面界面效应光催化活性大光催化活性大大提高大提高第3页/共31页第三页，共32页。TiO2纳米管和纳米颗粒纳米管和纳米颗粒(kl)的应用与介绍的应用与介绍TiO2纳米管的优点(yudin)：更大的比表面积较强的吸附能力管中可添加其他材料改善其光电、电磁和催化性能TiF4水解法制备(zhbi)TiO2纳米管的SEM照片第4页/共31页第四页，共32页。TiO2纳米管和纳米颗粒的应用与介绍TiO2纳米管的制作方法和成型机制超临界技术制作纳米材料的应用第5页/共31页第五页，共32页。TiO2纳米管的制作方法和成型纳米管的制作方法和成型(chngxng)机制机制物理法：激光物理法：激光

3、(jgung)烧蚀法、激光烧蚀法、激光(jgung)沉积法沉积法1化学法：模板法、水热法，阳极化学法：模板法、水热法，阳极(yngj)氧化法氧化法2综合法：固综合法：固-液相电弧放电法液相电弧放电法3第6页/共31页第六页，共32页。物理物理(wl)法法激光烧蚀法：液态催化剂纳米团簇吸附反应物，在界面上生长(shngzhng)，直到液态催化剂变成固态 。第7页/共31页第七页，共32页。用用Fe 催化剂制备催化剂制备(zhbi)Si 纳米线纳米线 装置(zhungzh)图硅纳米线生长(shngzhng)图(T1 为恒温区温度,T2 为FeSi2 液滴的凝固温度) 第8页/共31页第八页，共32

4、页。化学法：模板化学法：模板(mbn)法法作用(zuyng)分类(fn li)概念在纳米模板中，采在纳米模板中，采用物理或化学方法用物理或化学方法，将金属、半导体，将金属、半导体物质组装进模板中物质组装进模板中，获得纳米颗粒、，获得纳米颗粒、纳米线或纳米管。纳米线或纳米管。提供物质合成的限提供物质合成的限域空间，其内部孔域空间，其内部孔洞为纳米级，合成洞为纳米级，合成各种形状的纳米颗各种形状的纳米颗粒、纳米线和纳米粒、纳米线和纳米管管 。多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板、高分子模板、多孔高分子模板、多孔玻璃、微孔离子交玻璃、微孔离子交换树脂、蛋白质高换树脂、蛋白质高分子有机模板、介分子有机模板、介

5、孔分子筛等。孔分子筛等。第9页/共31页第九页，共32页。多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板(mbn)斜视图顶视图第10页/共31页第十页，共32页。多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板(mbn) 一般用Sol-Gel法制备TiO2纳米阵列：将含有纳 米粒子的溶胶浸泡多孔氧化铝模板，制备出无机半 导体纳米材料(n m ci lio)的纳米管和纳米线阵列。 浸泡时间长，形成纳米线； 浸泡时间短，形成纳米管。在氧化铝模板(mbn)中合成TiO2纳米管和纳米线的SEM照片第11页/共31页第十一页，共32页。化学法：模板化学法：模板(mbn)法法优点：制备方法简单、成本较低；高度有序性，柱状孔径大小一致、排列有序

6、、分布均匀，彼此独立，不交联，通过调整参数，如酸的种类、氧化电压、时间、温度等，来改变氧化膜的直径(zhjng)、长度和孔密度；高的长径比；室温下填充纳米线材料；在高温下一级有机溶剂中稳定存在第12页/共31页第十二页，共32页。化学法：模板化学法：模板(mbn)法法传统的TiO2纳米颗粒合成：溶胶-凝胶法：分子态聚合体溶胶凝胶晶态（或非晶态）； 原料：钛醇盐或TiCl4沉淀法：化学反应将有效成分沉淀，过滤洗涤干燥；水解法：金属盐在酸性(sun xn)溶液中强迫水解；水热合成方法：利用化合物在高温高压水溶液中的溶 解度增大离子活度增强, 化合物晶体结构转型重结晶；微乳液法：由油、水、表面活性剂

7、组成透明、各相同性、低粘度的热力学稳定体系，通过控制液滴中水体积及反应物浓度来控制核生长, 获得单分散纳米粒子。第13页/共31页第十三页，共32页。与模板与模板(mbn)法相结合合成法相结合合成TiO2纳米管纳米管 Sol-Gel法：Text孔内沉积孔内沉积(chnj)纳米线纳米线Text纳米纳米(n m)氧化钛氧化钛阵列阵列Text反应流程反应流程溶胶溶胶配制配制 煅烧煅烧溶解部溶解部分模板分模板 阵列的结阵列的结构和形貌构和形貌表征表征第14页/共31页第十四页，共32页。与模板与模板(mbn)法相结合合成法相结合合成TiO2纳米管纳米管 直流电沉积模板法：要求模板无裂缝和缺陷，否则电沉

8、积首先在裂缝和缺陷处发生，且要求氧化膜必须达到一定的厚度以便手工操作； 交流电沉积模板法：不需要把氧化膜从基底( j d)上剥离，可以使用不同频率、不同波形的交流电、交流直流叠加或脉冲交流电 。 水解沉淀法：将模板浸泡在配置好的溶液中，在一定条件（温度、湿度）下，发生水解，使水解反应在模板的孔洞中进行，最后生成纳米管。第15页/共31页第十五页，共32页。化学法：水热法化学法：水热法水热法：高压高温和强碱(qin jin)时，TiO2 块被剥落成薄片，两面有许多不饱和悬挂键。随着不饱和悬挂键的数量增多，薄片表面活性增强，卷曲为管状以减少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合3-2-1D的生长模

9、型。 第16页/共31页第十六页，共32页。化学法：阳极化学法：阳极(yngj)氧化法氧化法阳极氧化法：将纯钛片在电解质（HF）溶液中经阳极腐蚀获得TiO2纳米管 。 氧化的钛片外形类似(li s)于氧化铝，为连续的多孔结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。特点：该纳米管对氢气有超高敏感性。第17页/共31页第十七页，共32页。TiO2纳米管和纳米颗粒的应用与介绍TiO2纳米管的制作方法和成型机制超临界技术制作纳米材料的应用第18页/共31页第十八页，共32页。超临界流体技术制作(zhzu)纳米材料性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。分类：物

10、理方法：RESS、SAS、SAA化学方法:超临界微乳法、溶胶(rngjio)-凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。 第19页/共31页第十九页，共32页。RESS(超临界溶液超临界溶液(rngy)快速膨胀法快速膨胀法)原理：将溶有要制备成纳米材料的物质的超临界流体在很短时间内减压，快速(kui s)膨胀通过微孔射流喷嘴，控制压力和温度，获得尺寸不同的微粒。过饱和度过饱和度瞬间瞬间(shn jin)结晶结晶第20页/共31页第二十页，共32页。RESS(超临界溶液超临界溶液(rngy)快速膨胀法快速膨胀法)过程过程(guchng)示意图示意图优缺点：过程简单、优缺点：过程简单、 小规模生小规模生

11、产、产、 操作容易且形成粒子小、操作容易且形成粒子小、 操作费用低，但是进行大规模操作费用低，但是进行大规模的生产需要多喷嘴体系或者是的生产需要多喷嘴体系或者是使用使用(shyng)多孔烧结盘多孔烧结盘 操作操作复杂，产率低。复杂，产率低。第21页/共31页第二十一页，共32页。超临界流体(lit)技术制作纳米材料性质：压力(yl)和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。分类：物理方法：RESS、SAS、SAA化学方法:超临界微乳法、溶胶-凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。 第22页/共31页第二十二页，共32页。SAS（超临界反溶剂（超临界反溶剂(rngj)

12、法）法）原理：原料溶于有机溶剂形成溶液，喷洒在超临界流体中，其中溶质(rngzh)不溶于超临界流体，溶剂能与其互溶，用溶剂反溶析出纳米晶粒。第23页/共31页第二十三页，共32页。超临界流体技术制作(zhzu)纳米材料性质：压力和温度处于临界点以上(yshng)，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。分类：物理方法：RESS、SAS、SAA化学方法:超临界微乳法、溶胶-凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。 第24页/共31页第二十四页，共32页。SAA（超临界辅助（超临界辅助(fzh)喷雾法）喷雾法）原理：原料(yunlio)溶于水或有机溶剂制成溶液，在高压釜内混合，通过喷嘴向低压

13、釜喷出，CO2和水（或有机溶剂）汽化，形成纳米颗粒。超临界流体的作用：1、作为协溶剂与有机溶剂混合；2、喷雾过程中作为反溶剂，降低喷出流体的粘性。第25页/共31页第二十五页，共32页。超临界流体技术制作(zhzu)纳米材料性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。分类：物理方法：RESS、SAS、SAA化学方法：超临界微乳法、溶胶(rngjio)-凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。 第26页/共31页第二十六页，共32页。溶胶溶胶(rngjio)-凝胶超临界干燥法凝胶超临界干燥法步骤：制备溶胶体；用有机溶剂来代替溶胶中的水，形成凝胶体；对凝胶体进行超

14、临界干燥。优点：消除胶体粒子的表面张力，避免物料干燥过程收缩团聚(tunj)，保持原结构。常规干燥：凝胶结构坍塌破坏、纳米颗粒团聚(tunj)。 第27页/共31页第二十七页，共32页。超临界干燥超临界干燥(gnzo)法法 高温超临界有机溶剂干燥法： 用有机溶剂（甲醇或乙醇）把水置换出来，将醇凝胶放于干燥器中，醇凝胶中溶剂向外扩散最终得到干燥样品。 低温超临界二氧化碳(r yng hu tn)干燥法： 针对高温中的缺点：溶剂用量对产品影响大，醇的临界温度高，操作困难，费用高，温度40，干燥时间23天降到810h。 优点：温度接近室温,无毒不易燃易爆,对环境友好,价格低廉,目前气凝胶的大规模制备一般采用。第28页/共31页第二十八页，共32页。结语结语(jiy) TiO2纳米管有优越的性能与广泛(gungfn)的实用价值，现已有相关制作文献，但是实验研究操作周期长，成本高，要实现工业化仍需研究，主要体现在：1、结合成形机制中的相关热力知识研究；2、将纳米材料的合成、洗涤、过滤、改性、干燥等操作过程作为一个整体来考虑，实现最优化。第29页/共31页第二十九页，共32页。第30页/共31页第三十页，共32页。Company Logo谢谢您的观看(gunkn)！第31页/共31页第三十一页，共32页。NoImage内容