纳米二氧化钛的制备方法

1、纳米二氧化钛的制备方法孙忠月王兢龙光斗李盛彪(华中师范大学化学学院湖北武汉 430079摘要: 本文主要介绍了纳米二氧化钛的制备方法, 包括气相法和液相法。比较了不同方法的优缺点, 并对今后研究趋势进行了展望。关键词:纳米二氧化钛制备中图分类号:TQ13 文献标识码: A 文章编号:1672-3791(200806(b-000纳米二氧化钛 (TiO2具有许多的特殊性能比如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而使其与普通二氧化钛相比具有许多特殊性能。纳米二氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用途。纳米二氧

2、化钛用于涂料是涂料发展的一个重大研究方向，它的开发与应用为涂料的发展注入了新的活力，可利用其各种特殊效应来提高涂料的多方面性能。目前纳米二氧化钛的制备方法主要分为液相法和气相法，固相法应用较少，本文将对其制备方法进行归类和比较。1 制备方法1.1 气相法气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。此类反应大多是在高温下瞬时完成的, 对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式等均有很高的要求。1.1.1 四氯化钛气相氧化法此法多是以四氯化钛为原料，以氮气为载气，以氧气为氧源，在高温条件下四氯化钛和氧

3、气发生反应生成纳米二氧化钛。其反应式如下:TiCl4(g+O2(g =TiO2(s+2Cl2(g施利毅等1利用气相氧化法制备出金红石型二氧化钛。研究发现氧气预热温度越高,微粒粒径越小、分布越窄, 随着晶型转化促进剂浓度增加粒径尺寸减小, 随停留时间延长、晶型转化促进剂的增加，金红石相含量增大。这种方法的自动化程度高，但有二氧化钛粒子遇冷壁结疤的问题没能很好解决。1.1.2 真空蒸发- 冷凝法此法是在真空反应器中通入惰性气体，并保持一定的压力, 然后对蒸发物质进行真空加热蒸发, 蒸汽被液氮冷凝成超细微粒。1987 年Siegles2等采用此法成功的合成了纳米级二氧化钛。此法可以制备出高纯度的纳米

4、二氧化钛，通过改变压力和温度可以制备不同尺寸的纳米粒子。1.1.3 四氯化钛氢氧火焰法将四氯化钛气体通入到氢氧焰中, 气相水解生成纳米二氧化钛粒子。TiCl4(g+2H2(g+O2(g=TiO2(s+4HCl(g四氯化钛氢氧火焰法制得的纳米二氧化钛粒子晶型为锐钛矿和金红石的混合型, 产品纯度高分散性好, 但此法对温度要求高, 同时反应生成的氯化氢对反应器有一定的腐蚀。Jang HD3等对此法进行了改进，将四氯化钛气体和氩气导入氢氧火焰中，进行高温分解合成纳米二氧化钛。TiCl4(g+4H2(g+2O2(g=TiO2(s+4HCl(g+2HO2改进后的方法有效的降低了HCl 的浓度, 减小了对反

5、应器的腐蚀。1.1.4 气体燃料燃烧法姜海波等4通过研究，开发了一氧化碳燃烧合成纳米二氧化钛的技术，把计量的CO 和O2 在燃烧器内充分燃烧，产生高温富氧气流与高温四氯化钛蒸气快速混合，反应产生二氧化钛；反应气体经过夹套冷却后，由袋滤器收集产物颗粒。采用CO 气体燃烧合成纳米二氧化钛技术, 利用四氯化钛气相氧化合成粒度小于100nm 纯金红石或锐钛型和金红石型混合相的二氧化钛, 在反应物中加入氯化铝作为晶型转化剂时, 金红石含量增大。1.2 液相法当今制备纳米粒子液相法居多，纳米二氧化钛的制备方法也是如此。主要有水解法、微乳液法、溶胶- 凝胶法、水热法、沉淀法、离子液体化学合成法等。1.2.1

6、 水解法四氯化钛溶液稀释到一定浓度, 再加入少量稀硫酸溶液作为添加剂以抑制四氯化钛溶液的水解，然后在磁力搅拌条件下沸腾回流，可得到锐钛矿型纳米二氧化钛，反应方程式如下:TiCl4+H2O=TiOCl2+2HClTiOCl2+2H2O=TiO(OH2+2HClTiO(OH2=TiO2+H2O张萍5等人运用水解法, 将添加剂由硫酸改为磷酸二氢钠，即可得到锐钛矿和金红石混合晶型纳米二氧化钛。1.2.2 微乳液法微乳液是制备纳米粒子的理想介质，W/O 微乳液是在表面活性剂作用下, 水溶液高度分散在油相中形成的热力学稳定系统。油水界面上表面活性剂形成有序组合体, 水核被表面活性剂单分子层包围, 类似微反

7、应器。此法的关键是制备稳定的微乳液。微乳液法具有不需加热、设备简单、操作容易、粒子可控、所得产品粒径小且分布均匀、易于实现高纯化等优点。但是, 由于使用了大量的表面活性剂, 很难从获得的最后粒子表面除去这些有机物。D.0.Shah6等以非离子表面活性剂Triton X-100、水、环己胺、正己醇、四氯化钛、氨水为原料, 在室温采用微乳液法制备纳米二氧化钛粉体, 在不同温度下煅烧得到不同平均粒径和不同晶型的纳米二氧化钛粉体。1.2.3 溶胶- 凝胶法溶胶- 凝胶法是被广泛采用的一种制备纳米二氧化钛的方法。其原理是以钛醇盐或钛的无机盐为原料, 经水解和缩聚得溶胶，再进一步缩聚得凝胶, 凝胶经干燥、

8、煅烧得到纳米二氧化钛粒子。该法制得的纳米二氧化钛纯度高，煅烧温度低, 反应易控制，副反应少，工艺操作简单。但原料成本较高，凝胶颗粒之间烧结性差，干燥时收缩大，易造成纳米二氧化钛颗粒间的团聚与颗粒分布不均匀。N.Venkatachalam7等把异丙醇钛盐、冰醋酸和水以1:10:350 的比例在酸性条件下水解，通过超声波进行缩聚最后得到凝胶，凝胶经干燥、煅烧得到纳米二氧化钛粒子。1.2.4 水热法水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。该法的原理是在高压、水热条件下加速离子反应和促进水解反应。一些在常温下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可以实

9、现反应快速转化。Sung W.O.8等在一四氟乙烯衬里的反应釜中加入2- 丁氧基乙醇、丁氧基钛酸盐、醋酸，然后以一定的速度升温, 待温度达到120后, 恒温2h 。最后经洗涤、干燥，成功地制得了纳米二氧化钛。试样晶型大多以锐钛矿型为主。水热法能直接得到结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了在此过程中粉体团聚, 通过改变反应条件, 可实纳米二氧化钛的制备方法孙忠月 王兢 龙光斗 李盛彪(华中师范大学化学学院 湖北武汉 430079摘 要: 本文主要介绍了纳米二氧化钛的制备方法, 包括气相法和液相法。比较了不同方法的优缺点, 并对今后研究趋势进行了展望。关键词:纳米 二氧化钛 制备中图分类号:

10、TQ13 文献标识码: A 文章编号:1672-3791(200806(b-0004-024-025科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2008 NO.17SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION高新技术现对粒径、晶型等的控制。但水热法的制备环境是高温、高压, 对设备要求高，操作复杂，能耗大, 因而成本偏高。1.2.5 沉淀法沉淀法一般是以四氯化钛、硫酸氧钛、硫酸钛为原料，先制成可溶性盐溶液，然后再加入合适的沉淀剂，在一定温度下进行水解，形成不溶性的水和氧化物或氢氧化物沉淀, 经抽滤、洗涤、烘干、焙烧即得纳米粒子。丁

11、珂9等以硫酸钛为前驱体, 十二烷基苯磺酸钠为分散剂，氨水为沉淀剂，制备大小约在20nm 左右的锐钛矿型纳米二氧化钛。此法简单易于操作但粒径分布较宽, 易引入杂质。1.2.6 离子液体化学合成法丁昆仑等10利用离子液体实现二氧化钛纳米晶可控制备, 以异丙醇钛为前驱体、1-丁基-3- 甲基咪唑四氟硼酸盐为介质，通过微波加热, 在20 分钟内即得到了尺寸、形貌可控的锐钛矿二氧化钛纳米晶。该方法简单、快速，离子液体既作介质，又为结构诱导剂。该方法可适用于其他金属氧化物纳米晶的可 控合成，在金属氧化物纳米晶的可控合成方 面具有潜在的应用前景。2 结语综上所述，纳米二氧化钛的制备方法主要是固相法和液相法，

12、不同的方法各有利弊， 现今的许多制备方法只是停留在实验室阶段 还未具有投入工业生产的能力。一些工业化 生产的工艺还是不能有效解决纳米粒子团聚 的问题。寻找成本低、污染小、操作简单、粉 体粒径分布窄、分散度高的工艺和有效的表 面活性剂是一个需要不断研究和探索的问题。 参考文献1 施利毅, 李春忠, 房鼎业. 化工生产与技术J.1997,4:15.2 Siegle R W, S. Ramasamy, H.Hahn, L.Zongquan,L.Ting,R.Gronsky.Journal of Materials ResearchJ1988, 3(6:13671372.3 Jang H D,Kim

13、S K.Matherials Research BuulletinJ.2001,36(3:6276 3 7 .4 姜海波, 李春忠, 丛德滋. 中国粉体技术J. 2001,7(2）:2832.5 张萍, 任蕾, 武戈. 石家庄学院学报J. 2007,9(6）:3032.6 V. Chhabra, V. Pillai, B. K. Mishra,A. Morrone,t and D.0.Shah.Langmuir J.1995,11(9:33073311.7 N. Venkatachalam, M.Palanichamy, V. Murugesan.Materials Chemistry and PhysicsJ.2007,104:454459.8 Sung Woo O