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納米二氧化鈦范文1

20世紀(jì)80年代以前，納米TiO2的研究開發(fā)目的主要是作為精細(xì)陶瓷原料、催化劑、傳感器等，需求量不大，沒有形成大的生產(chǎn)規(guī)模。80年代以后，開發(fā)的納米TiO2用作透明效應(yīng)和紫外線屏蔽劑，為納米TiO2打開了市場(chǎng)，使納米TiO2的生產(chǎn)和需求大大增加，成為鈦白工業(yè)和涂料工業(yè)的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

由于納米TiO2在催化及環(huán)境保護(hù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，并可用于日用產(chǎn)品、涂料、電子、電力等工業(yè)部門，因此，納米TiO2展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景。日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和意大利等國(guó)對(duì)納米TiO2進(jìn)行了深入的研究，并已實(shí)現(xiàn)納米TiO2的工業(yè)化生產(chǎn)。目前全世界已經(jīng)有十幾家公司生產(chǎn)納米TiO2，總生產(chǎn)能力估計(jì)在(6000～10000)t/a，單線生產(chǎn)能力一般為(400～500)t/a。

根據(jù)莎哈里本公司統(tǒng)計(jì)，2003年全球納米TiO2銷售量?jī)H為1800t左右，其消費(fèi)量與產(chǎn)品應(yīng)用見表1。

表12003年全球納米TiO2消費(fèi)量與產(chǎn)品應(yīng)用

產(chǎn)品應(yīng)用

消費(fèi)量/t

UV-吸收劑

1000

光催化劑

<100

化學(xué)催化劑

<500

裝飾既隨角異色

100

表面吸附劑

<50

其它

50

近幾年，有關(guān)納米TiO2的新建裝置已很少報(bào)道，主要是已建成裝置的生產(chǎn)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出市場(chǎng)的實(shí)際消費(fèi)量，多數(shù)廠家處于開工不足或停產(chǎn)的狀態(tài)。主要原因是目前國(guó)際上公認(rèn)的納米TiO2制備和應(yīng)用技術(shù)還有待于提高，技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①國(guó)際上納米TiO2的價(jià)格為(30～40)萬元/t，其成本大致是銷售價(jià)格的2/5，原料和工藝路線的選擇是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素；②納米TiO2的晶型和粒度控制技術(shù)；③金紅石型納米TiO2的表面處理技術(shù)；④納米TiO2應(yīng)用分散技術(shù)；⑤納米TiO2應(yīng)用功能的提升技術(shù)：⑥納米TiO2產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)。由于以上條件的制約，使得納米TiO2的應(yīng)用和發(fā)展受到限制。

我國(guó)納米TiO2的現(xiàn)狀

在國(guó)外普遍開展了納米TiO2的制備和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，并取得了階段性成果，我國(guó)納米TiO2的研究在“九五”期間形成了，據(jù)了解，進(jìn)行納米粉體制備技術(shù)研究的科學(xué)院所和高校幾乎都在進(jìn)行和進(jìn)行過納米TiO2的研究。重慶大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系是國(guó)內(nèi)最早(1989年)研究納米TiO2的單位，華東理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所是目前研究技術(shù)較全面、報(bào)道最多的單位。國(guó)內(nèi)主要研究單位與制備方法見表2。

表2國(guó)內(nèi)納米TiO2的制備方法與研究單位

制備方法

研究單位

氣相水解法

永新一沈陽化工股份公司

氣相氧化法

華東理工大學(xué)

膠溶法

重慶大學(xué)、吉林大學(xué)

溶膠-凝膠法

中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所、華東理工大學(xué)、西北大學(xué)

化學(xué)沉淀法

北京首創(chuàng)納米公司、成都科技大學(xué)、東北大學(xué)

目前，國(guó)內(nèi)涉足納米TiO2生產(chǎn)的公司約有十家，總生產(chǎn)能力在1000多噸。四川攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司鋼鐵研究院年產(chǎn)200t生產(chǎn)裝置是我國(guó)技術(shù)裝備較先進(jìn)、品種最為齊全的裝置，可以生產(chǎn)金紅石型和銳鈦型兩大系列各有4個(gè)(10～40)nm的粉體品種；由淮北蘆嶺煤礦和騰嶺工貿(mào)有限公司共同組建的安徽科納新材料有限公司年產(chǎn)100t生產(chǎn)基地在宿州市建成；江蘇河海納米科技股份有限公司投資5000萬元，已經(jīng)建成年產(chǎn)500t的規(guī)模；青島科技大學(xué)納米材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與海爾集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)的首條具有百噸生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線已經(jīng)建成并一次試車成功；濟(jì)南裕興化工總廠擁有先進(jìn)的納米TiO2生產(chǎn)線(已通過省級(jí)鑒定)，具備年產(chǎn)100t生產(chǎn)能力，可提供納米銳鈦型、金紅石型的粉體和漿料共4個(gè)品種、多種規(guī)格的產(chǎn)品；此外，四川永祿科技有限公司、浙江舟山明日納米有限公司、江蘇五菱常泰納米材料有限公司、河北茂源化工有限公司納米TiO2裝置也已建成。納米TiO2的發(fā)展

1）納米TiO2生產(chǎn)的特點(diǎn)

縱觀國(guó)外納米TiO2的生產(chǎn)，存在著以下特點(diǎn)：生產(chǎn)原料主要為四氯化鈦、硫酸氧鈦，生產(chǎn)方法主要有氣相法和液相法。氣相法主要有以四氯化鈦為原料的氫氧火焰水解法，而液相法主要是以四氯化鈦和硫酸氧鈦為原料的化學(xué)沉淀法，且多數(shù)生產(chǎn)廠家為鈦白粉生產(chǎn)廠，充分利用了原有氯化法和硫酸法生產(chǎn)裝置的中間產(chǎn)物、生產(chǎn)技術(shù)、公用工程和生產(chǎn)管理方面的經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)納米TiO2的研究和生產(chǎn)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①對(duì)納米TiO2的研究多、面廣，力量分散，低水平的重復(fù)性研究現(xiàn)象嚴(yán)重，企業(yè)介入的力度不夠；②重點(diǎn)進(jìn)行了納米TiO2制備技術(shù)的開發(fā)，對(duì)納米TiO2的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)力度較小，尤其是有關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)沒有突破性進(jìn)展；③工程開發(fā)能力薄弱，因納米TiO2項(xiàng)目一般投資較小，一些大型的工程公司(設(shè)計(jì)院)對(duì)工程化的興趣不大，不愿投入人力物力進(jìn)行工程開發(fā)，④生產(chǎn)規(guī)模小、基本采用濕法工藝，土法上馬，產(chǎn)品質(zhì)量差，現(xiàn)有市場(chǎng)空間較小，沒有給企業(yè)帶來想象中的高利潤(rùn)。目前，我國(guó)納米TiO2的市場(chǎng)價(jià)格大致為(7～42)萬元/t，因?yàn)榫汀①|(zhì)量和產(chǎn)地不同價(jià)格差距較大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)格為(7～24)萬元/t。

2）我國(guó)納米TiO2生產(chǎn)的發(fā)展建議

生產(chǎn)工藝的比較

氣相法反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，而且制備的納米TiO2純度高、分散性好、團(tuán)聚少、比表面活性大，產(chǎn)品特別適合于精細(xì)陶瓷材料、催化劑材料和電子材料。但氣相法反應(yīng)在高溫下瞬間完成，要求反應(yīng)物料在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到微觀上的均勻混合，對(duì)反應(yīng)器的形式、設(shè)備的材質(zhì)、加熱方式、進(jìn)料方式均有很高的要求。目前氣相法在我國(guó)處于小試階段，欲達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)，還要解決一系列工程問題和設(shè)備材質(zhì)問題。

與氣相法相比，液相法生產(chǎn)的原料成本低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。而且具有原料無毒、無危險(xiǎn)性、常溫液相反應(yīng)、工藝過程簡(jiǎn)單易控制、易擴(kuò)大到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)、三廢污染少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此；液相法中硫酸氧鈦和四氯化鈦液相中的化學(xué)沉淀法最具工業(yè)化發(fā)展?jié)摿Α?/p>

原料生產(chǎn)路線

我國(guó)鈦白工業(yè)近十年來發(fā)生了很大的變化，取得了令人矚目的成就，其硫酸法鈦白的生產(chǎn)已與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)差距不多，總生產(chǎn)能力已躍居世界第二位，僅次于美國(guó)。

根據(jù)納米TiO2的生產(chǎn)特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)鈦白生產(chǎn)的具體情況，我們提出了以硫酸法生產(chǎn)的中間產(chǎn)物硫酸氧鈦為原料的生產(chǎn)路線，充分利用我國(guó)在硫酸法鈦白工業(yè)生產(chǎn)中所取得的技術(shù)，以及工程化方面的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展我國(guó)的納米TiO2工業(yè)。

生產(chǎn)規(guī)模的確定

目前，國(guó)內(nèi)納米TiO2的需求量一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)在1萬t左右，一種觀點(diǎn)認(rèn)為在1000t以下，我們認(rèn)為在目前的情況下，后一種觀點(diǎn)可能更符合國(guó)內(nèi)的現(xiàn)實(shí)。目前國(guó)內(nèi)納米TiO2的生產(chǎn)能力已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)有市場(chǎng)的需求，但隨著我國(guó)納米產(chǎn)品的普及程度和人們消費(fèi)觀念的改變以及我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢(shì)，納米TiO2必將迎來廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間。因此，新上項(xiàng)目應(yīng)在(400～500)t/a的生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)最好建在鈦白生產(chǎn)廠內(nèi)。

生產(chǎn)方法的選擇

化學(xué)沉淀法一般分為均勻沉淀法、直接沉淀法和共沉淀法三種。其中均勻沉淀法具有工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好、易于操作等特點(diǎn)，是最具工業(yè)化發(fā)展前景的一種制備方法。均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢、均勻地釋放出來。該方法中，加入溶液的沉淀劑不立刻與沉淀組分發(fā)生反應(yīng)，而是通過化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)溶液中緩慢生成，使之通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)緩慢生成沉淀劑，只要控制好生成沉淀劑的速度，就可避免濃度不均勻現(xiàn)象，使過飽和度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而控制粒子的生長(zhǎng)速度，獲得粒度均勻、致密、便于洗滌、純度高的納米粒子，常用的均勻沉淀劑為尿素等。以硫酸氧鈦為前驅(qū)物，以尿素為沉淀劑制備納米二氧化鈦的反應(yīng)原理為：尿素水溶液在70℃左右開始水解，其反應(yīng)式為：CO(NH2)2+3H2O=2NH3·H2O+CO2

由于尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低，從而可得粒徑分布均勻和粒徑小的納米TiO2。尿素的分解產(chǎn)物CO2和NH3，在反應(yīng)或煅燒后均為氣體，易揮發(fā)，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的純度和質(zhì)量造成影響。生成沉淀劑NH3·H2O在TiOSO4溶液中分布均勻、濃度低，使得沉淀物TiO(OH)2均勻生成：

TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2+(NH4)2SO4

TiO(OH)2煅燒得到TiO2：

TiO(OH)2=TiO2+H2O

存在的問題

納米二氧化鈦范文2

[關(guān)鍵詞]環(huán)保 納米二氧化鈦 制備方法 運(yùn)用

[中圖分類號(hào)] X324 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-4-250-1

在各種新型無機(jī)化工材料中，納米二氧化鈦由于具有粒徑小、磁性強(qiáng)、吸收性能好、表面活性大等特點(diǎn)得到了迅速的發(fā)展，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、能源以及醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域中。現(xiàn)階段納米二氧化鈦主要包括金紅石型、板鈦型以及銳鈦型等三種晶體結(jié)構(gòu)，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步仍然有著廣闊的開發(fā)利用前景，因此本文主要對(duì)環(huán)保行業(yè)中納米二氧化鈦的制備方法及運(yùn)用情況進(jìn)行了分析。

1環(huán)保行業(yè)中納米二氧化鈦的制備方法

1.1氣相法

利用氣相法制備納米二氧化鈦時(shí)，可以采用下述兩種方法：一種方法是不需要伴隨化學(xué)反應(yīng)的，只需要在激光、電子束照射、真空干燥以及電弧高頻感應(yīng)等條件的基礎(chǔ)上，將原料氣化成為離子體，并在介質(zhì)中將其進(jìn)行冷卻，確保離子體能夠轉(zhuǎn)化為納米二氧化鈦微粒，我們把這種制備方法稱為物理氣相沉積法。該方法的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)物具有較高的純度以及良好的晶型結(jié)構(gòu)，而且可以對(duì)粒度進(jìn)行控制，不過對(duì)制備所需設(shè)備及技術(shù)有著較高的要求。另外一種方法則會(huì)伴隨化學(xué)反應(yīng)，該方法的制備原理主要是通過讓氣態(tài)物質(zhì)在固體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在激光、高頻電弧以及電子束等條件下，使其形成固體沉積物，我們將這種方法稱為化學(xué)氣相沉積法。該方法的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)物純度高、團(tuán)聚少，具有良好的分散性等，不過受到產(chǎn)物收集困難的限制，導(dǎo)致其產(chǎn)物成本相對(duì)較高。常見的氣相法主要包括鈦醇鹽熱裂解法、TiCl4氣相氫氧火焰水解法以及TiCl4氣相氧化法等。

1.2液相法

目前在各種制備納米二氧化碳的方法中，人們針對(duì)液相法做出的研究工作最多，該方法主要將TiCl4、Ti（SO4）2、鈦的醇鹽等作為制備原料，將其水解成二氧化鈦水合物，并對(duì)其進(jìn)行干燥和高溫焙燒，以此來獲得納米二氧化鈦粉體。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要包括反應(yīng)溫度低、能源消耗少以及所需設(shè)備簡(jiǎn)單等，在現(xiàn)階段環(huán)保行業(yè)進(jìn)行超微粉的制備中得到了廣泛應(yīng)用。但是由于產(chǎn)品的分散性差，導(dǎo)致顆粒大小以及形狀等存在較明顯的不均勻性，增加了制備成本，限制了產(chǎn)品的使用范圍。目前常見的液相法主要包括溶膠- 凝膠法、水熱法以及沉淀法等。

1.3固相法

采用固相法合成納米二氧化鈦的原理為固-固反應(yīng)以及固態(tài)原料的熱分解技術(shù)。目前主要包括電解沉淀法、直接沉淀法、非晶晶化法、反應(yīng)球磨技術(shù)以及溶膠-凝膠法等。通過采用XRD、TEM、SEM、Mossbauer 譜和比熱測(cè)量分析可以知道，上述制備方法得出的納米產(chǎn)物界面結(jié)構(gòu)都有較高的相似度，大多數(shù)晶界呈有序結(jié)構(gòu)，不過點(diǎn)陣畸變現(xiàn)象較為明顯而且程度不一。在上述制備方法中，反應(yīng)球磨技術(shù)制備得出的納米產(chǎn)物缺陷密度相對(duì)較高，更有利于獲得過飽和固溶的亞穩(wěn)晶體合金相。

2環(huán)保行業(yè)中納米二氧化鈦的具體運(yùn)用

2.1抗菌除臭

由于二氧化鈦在光照條件下能夠抑制并殺滅環(huán)境中存在的微生物，因此將納米二氧化鈦應(yīng)用于環(huán)保行業(yè)中具有較好的抗菌作用。例如二氧化鈦光催化劑可以有效殺滅大腸桿菌、綠膿桿菌等。殺菌原理為：首先在光催化陶瓷表面上涂抹一定量的納米二氧化鈦，細(xì)菌在吸附到陶瓷表面后，能夠被納米二氧化鈦經(jīng)過紫外光激發(fā)所形成的活性超氧離子自由基以及羥基自由基穿透，從而對(duì)細(xì)胞膜質(zhì)起到一定的破壞作用，防止成膜物質(zhì)的繼續(xù)傳輸，有效阻斷細(xì)菌的呼吸系統(tǒng)，達(dá)到滅菌的目的。而且由于細(xì)菌在分解成為有機(jī)物后會(huì)形成一定量的臭味物質(zhì)，例如硫醇以及二氧化硫等，因此在納米二氧化鈦發(fā)揮抗菌作用時(shí)還能夠有效抑制這些臭味物質(zhì)的形成，具有良好的除臭功能。

2.2有害氣體凈化

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，世界各地都存在程度不一的環(huán)境污染問題，有害氣體的凈化受到了廣大人民的重視。隨著納米二氧化鈦催化降解技術(shù)的快速發(fā)展，有效提高了有害氣體凈化效果。針對(duì)室內(nèi)環(huán)境中存在的甲醛、甲硫醇以及氨氣等有害氣體，納米二氧化鈦能夠在光催化作用的基礎(chǔ)上對(duì)這些有害物質(zhì)進(jìn)行分解氧化，有效降低室內(nèi)有害氣體的濃度，緩解由于有害氣體濃度過高而造成的人體不適感。另外隨著汽車尾氣以及工業(yè)廢氣等排放量的增加，使得空氣中氮氧化物及硫氧化物的濃度不斷提高，而通過利用納米二氧化鈦的光催化作用，可以將這些物質(zhì)氧化為蒸汽壓低的硝酸或硫酸，隨著降雨過程將這些物質(zhì)消除，有效緩解大氣污染。

2.3處理污水

（1）有機(jī)污水處理。現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中排放的污水量大，包含大量的有機(jī)污染物，特別是在工業(yè)污水中存在大量具有較高毒性的有機(jī)物，如果單純的采用生物處理技術(shù)無法將這些有害物質(zhì)從根本上消除，因此通過采用納米二氧化鈦光催化劑，能夠?qū)⑽鬯刑幱诠庹諚l件下的烴類、鹵代物、羧酸等有害物質(zhì)進(jìn)行氧化，將其有效還原為CO2和H2O等無害物質(zhì)。

（2）無機(jī)污水處理。污水中除了有機(jī)物以外，例如Cr6+等無機(jī)有毒物質(zhì)在接觸到二氧化鈦催化劑表面時(shí)，可以捕獲到催化劑表面形成的光生電子，從而將毒害性較強(qiáng)的Cr6+有效降解為毒害程度相對(duì)較低的Cr3+，以此來達(dá)到凈化污水無機(jī)物的目的。另外在污水中還存在大量的例如Pt4+，Hg2+，Au3+等重金屬離子，在接觸到納米二氧化鈦催化劑表面時(shí)，也可以通過捕獲光生電子發(fā)生還原沉淀反應(yīng)，從而收回工業(yè)污水中存在的無機(jī)重金屬離子。

3結(jié)束語

總之，納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N新型無機(jī)化工材料，在環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮了重要作用。而且隨著催化科技的不斷發(fā)展，納米技術(shù)水平將有更大提高，促進(jìn)納米二氧化鈦改性材料的研發(fā)，進(jìn)一步完善納米二氧化鈦表面修飾技術(shù)，充分發(fā)揮出其具有的多功能效應(yīng)，確保納米二氧化鈦能夠作為一種重要的環(huán)境凈化材料，更好的應(yīng)用于綠色環(huán)保事業(yè)的發(fā)展中。

參考文獻(xiàn)

納米二氧化鈦范文3

關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米管；制備方法；形成機(jī)理

自發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米管具有光催化性能以來，越來越多的科學(xué)家及學(xué)者對(duì)它展開了研究，人們發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的這種性能在普通材料（塊狀固體、粉末）上都不明顯，只有在納米尺度的范圍內(nèi)才可以滿足這種光催化性能，材料粒徑大小和時(shí)間有這樣一個(gè)關(guān)系式：t=d2/（k2D），在這個(gè)公式里，D代表擴(kuò)散系數(shù)，d是粒徑尺寸，k是常數(shù)。從這個(gè)公式里，粒徑大小與時(shí)間成正比，光催化性因此提高，同時(shí)催化劑尺寸減小，表面積會(huì)增大，降解物吸附在二氧化鈦上的成功率提升，反應(yīng)加速進(jìn)行，所以制備納米級(jí)二氧化鈦催化劑是非常有必要的，如今納米材料材料的制備方法、工藝流程、材料性能已非常普遍，本文將介紹一種新的制備納米二氧化鈦的方法―二氧化鈦納米管，與其它型材相比，二氧化鈦納米管比表面積更大，同時(shí)可二次利用。

模板合成法：利用基底材料的外表面或間隙作為合成底板，在紫外線的照射下，苯甲酰會(huì)產(chǎn)生自由基從而誘導(dǎo)甲基丙烯酸甲酯在模板的微孔里聚集，經(jīng)過以上反應(yīng)后，加入NaOH反應(yīng)結(jié)合多余的Al、Al2O3，通過濺射法制得了金膜電極，再利用電化學(xué)沉積技術(shù)，選擇TiCl3鹽酸溶液作為鍍液，最終在基底表面制得二氧化鈦納米管，緊接著將制好的材料放置在丙酮溶液里，基底模板被溶解，二氧化鈦納米管保留下來，這時(shí)的納米管是無定型的，經(jīng)過一定選定溫度的熱處理，相應(yīng)的還可以得到銳鈦礦納米管、金紅石納米管，利用此法制備納米管技術(shù)有利有弊，好處是制得的納米管整齊，形貌均勻，但是缺點(diǎn)是很難制備小管徑納米管，同時(shí)制作的工藝流程冗長(zhǎng)繁雜，無法批量化大規(guī)模生產(chǎn)，在去除模板的過程中極易損壞納米管，導(dǎo)致形貌破損，實(shí)驗(yàn)過程中很難重現(xiàn)[1]。

熱合成法主要是依據(jù)溶液中物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行的一種合成，反應(yīng)過程中溶液中的物質(zhì)處在分子狀態(tài)，所以反應(yīng)活性很高，用合成法制備二氧化鈦納米管在原料上一般選擇有四氯化鈦、有機(jī)鈦等，處理的方法是先用濃度高的NaOH水熱處理，緊接著用濃度低的氯化氫中和，通過去溶液比例的調(diào)控、溫度的控制可以制備出不同管徑、不同厚度的二氧化鈦納米管，與前面的方法相比較，水熱合成法制作工藝簡(jiǎn)單，投入低，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，容易制備出小管徑納米管，但是該法制得的二氧化鈦納米管長(zhǎng)度有限制，對(duì)原料中二氧化鈦的尺寸有依賴性，同時(shí)反應(yīng)對(duì)溫度壓強(qiáng)有較高要求，耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)水熱合成法制備出的二氧化鈦納米管是一種離散狀態(tài)，不是最終成品，還需將其再次固定在鈦模板上[2]，在第二次工藝中極易對(duì)產(chǎn)品造成污染。

陽極氧化法是在鈦基底上直接制備二氧化鈦納米管陣列，這樣制備出來的納米管與底材結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好，是一直極好的對(duì)材料表面進(jìn)行改性的方法，

陽極氧化的原理是采用電化學(xué)方法，將鉑電極作為陰極，鈦片放置陽極，兩極相對(duì)保持設(shè)定距離，電解液配置常用酸包括，硫酸、氫氟酸等，設(shè)定一定的時(shí)間和電壓從而制備出二氧化鈦納米管陣列，研究表明實(shí)驗(yàn)過程中電壓、電流、時(shí)間、陽極氧化電解液配比等，這些因素都會(huì)對(duì)納米管的形成產(chǎn)生影響，對(duì)不同的條件進(jìn)行調(diào)整，就可以得到長(zhǎng)度不同，管徑不同，壁厚不一的納米管[3]。

陽極氧化方法的電解液主要是HF體系為代表，主要有HF+H2O、HF+H2SO4+H2O、（NH4）H2PO4+H3PO4+HF等，在HF體系電化學(xué)方法下，納米管形成原理本文用反應(yīng)式來加以說明，下面三式為主要代表反應(yīng)式[4]：

2H2OFYO2+4e+4H+JY（1-1）

Ti+O2FYTiO2JY（1-2）

TiO2+6F-+4H+FYTiF2-6+2H2OJY（1-3）

在前兩個(gè)反應(yīng)式中，鈦表面逐漸形成一層致密的氧化膜，經(jīng)過第三個(gè)反應(yīng)式，氧化膜表面有規(guī)律的形成一個(gè)個(gè)凹痕，第一過程，電化學(xué)反應(yīng)開始，在極短的時(shí)間內(nèi)形成氧化膜；第二過程，在氫佛酸作用下氧化膜表面被腐蝕形成小孔；第三過程，氧化腐蝕繼續(xù)，孔洞被腐蝕成具有一定長(zhǎng)度的孔徑，在反應(yīng)剛開始的氧化膜表面被蝕出凹孔，隨著反應(yīng)繼續(xù)，時(shí)間增加，凹孔長(zhǎng)大變成孔洞，有于電勢(shì)作用，孔底是高電勢(shì)所以得到較強(qiáng)的電場(chǎng)力，位于基底的材料繼續(xù)被氧化腐蝕，二氧化鈦也不斷溶解生成，經(jīng)過一段反應(yīng)時(shí)間后最終形成納米管。除此之外，人們還對(duì)二氧化鈦納米管的制備做了許多研究，涉及無機(jī)電解液對(duì)納米管的影響，有學(xué)者用NH4F+無水乙酸電解液在較低的電壓下合成管徑長(zhǎng)度在100-200nm之間的二氧化鈦納米管，也有學(xué)者利用NH4F+丙三醇電解液制成管徑長(zhǎng)度在7μm的納米管，這種納米管制備需要的時(shí)間較長(zhǎng)，但壁身光滑。現(xiàn)如今制備納米二氧化鈦的方法多種多樣，但是凡是采用陽極氧化方法制得納米管都是無定型的，想要獲得銳鈦礦結(jié)構(gòu)只有通過熱處理。（作者單位：重慶三峽學(xué)院機(jī)械學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]潘善林，張浩力，彭勇，等.模板合成法制備金納米線的研究.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1999.10

納米二氧化鈦范文4

納米材料已經(jīng)完全融入了人類的生產(chǎn)生活中，如一些化妝品就摻有光催化劑（一種基礎(chǔ)納米材料），可以用來避免紫外線輻射；改進(jìn)的納米車窗玻璃可以防止凝結(jié)水；碳納米管集結(jié)的繩索比鋼筋還要結(jié)實(shí)；科學(xué)家也一直嘗試使用納米顆粒負(fù)載藥物用于癌癥和艾滋病的治療。這些納米技術(shù)帶給人們驚喜的同時(shí)，也帶來了改善生活的可能。但納米材料完全是“天使”嗎？凡事都有兩面性，納米材料也不例外。前不久，有人發(fā)現(xiàn)納米鋁顆粒可以增強(qiáng)致病菌的耐藥性。聽到這個(gè)消息，人們?cè)谑褂眉{米材料制成的產(chǎn)品時(shí)或許要做更加周全的考慮了。

一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，納米顆粒進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)及人類生活環(huán)境的量越來越大，種類也在逐漸增多，這些納米顆粒都或多或少會(huì)對(duì)負(fù)載它的生物體產(chǎn)生影響。在對(duì)動(dòng)物影響的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)納米材料具有一定的神經(jīng)毒害作用，對(duì)不同的器官有不同的毒害形式，且決定于劑量和作用時(shí)間。納米材料除了對(duì)動(dòng)物或人體產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)植物也有影響。

研究納米對(duì)植物生長(zhǎng)的影響才剛剛起步，而可以預(yù)期的是，納米顆粒對(duì)植物乃至生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)有不同程度的影響。納米和植物有著微妙的關(guān)系，有時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們“互利共生”，而有時(shí)它們又顯得“水火不容”。

納米與植物的微妙關(guān)系

最初，人們主要想知道如果納米材料進(jìn)入水體和生態(tài)環(huán)境，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)造成什么樣的影響。人們首先關(guān)注的是對(duì)種子萌發(fā)率的影響，如：發(fā)現(xiàn)中等濃度的納米二氧化鈦可以促進(jìn)一些種子的萌發(fā)，而對(duì)另外一些種子則沒有作用；納米材料對(duì)種子萌發(fā)的影響與納米顆粒的性質(zhì)有關(guān)。有科學(xué)家證實(shí)納米鋅顆粒和納米氧化鋅能顯著抑制黑麥和油菜的種子萌發(fā)，對(duì)玉米、黃瓜等的根長(zhǎng)也有顯著抑制作用。與此同時(shí)，另一些科學(xué)家卻

發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦可以增強(qiáng)菠菜的光合作用，且證實(shí)與它的光催化活性密切相關(guān)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的研究者也發(fā)現(xiàn)在黃瓜葉面上噴施0.35%的納米二氧化鈦半導(dǎo)體溶膠可顯著降低葉片病斑面積、發(fā)病率，并對(duì)葉綠素和胡蘿卜素的合成具有促進(jìn)作用。

而中國(guó)海洋大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦對(duì)短裸甲藻的生長(zhǎng)具有抑制作用，且主要是增加了短裸甲藻體內(nèi)的羥自由基。這些看似矛盾的研究說明了納米顆粒的生物學(xué)效應(yīng)與顆粒的性質(zhì)（表面修飾程度、大小、直徑等）及植物材料是密切聯(lián)系的，與生長(zhǎng)周期和施用方式也有關(guān)系。如浙江師范大學(xué)近期的研究發(fā)現(xiàn)，直徑6.22納米的二氧化鈦顆粒降低了長(zhǎng)序榆幼苗的光合作用，對(duì)葉肉細(xì)胞產(chǎn)生了毒害，光照在一定程度上決定了納米材料的傷害程度。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦沒有影響到葉片氮的合成，植物體內(nèi)積累的一些糖類和脂類物質(zhì)是應(yīng)對(duì)納米毒害的機(jī)制。

碳納米管與植物

目前，科學(xué)界對(duì)碳納米管材料與植物相互作用的研究較為深入。2009年美國(guó)阿肯色大學(xué)小石城分校的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多壁碳納米管能夠進(jìn)入番茄的種子細(xì)胞中，促進(jìn)種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)速率。隨后他們證明多壁碳納米管也能促進(jìn)煙草的生長(zhǎng)。

當(dāng)然，納米材料如果影響到了植物生長(zhǎng)的表觀生理，那么這種影響肯定是牽涉到眾多生理過程的。科學(xué)家使用光聲光熱技術(shù)發(fā)現(xiàn)了碳納米管在植物體內(nèi)的積聚，碳納米管從根進(jìn)入到了葉片，從而影響了包括光合作用、呼吸作用和蒸騰作用在內(nèi)的重要生理代謝過程。納米材料的生物學(xué)效應(yīng)與其表面性質(zhì)密切相關(guān)，如有人證實(shí)水溶性的碳納米管能夠促進(jìn)鷹嘴豆的生長(zhǎng)，而量子點(diǎn)修飾（一種表面修飾納米粒子的技術(shù)）的多壁碳納米管卻不利于番茄的生長(zhǎng)。有些多壁碳納米管能夠誘導(dǎo)植物根部細(xì)胞染色體畸變、DN段化和細(xì)胞凋亡，而有些卻能顯著改善植物的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)能力，如科學(xué)家觀測(cè)了兩種不同粒徑的碳納米管對(duì)5種植物生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)碳納米管能夠促進(jìn)種子萌發(fā)和根的伸長(zhǎng)，10納米的碳納米管可以減輕污水淤泥對(duì)植物生長(zhǎng)的毒害，而60納米的碳納米管則會(huì)加重其毒害。

金屬納米材料的直徑效應(yīng)更明顯，如納米二氧化鈦溶液對(duì)黃瓜幼苗的發(fā)芽與生長(zhǎng)隨著納米粒徑的減小抑制作用也就越明顯，植物體內(nèi)會(huì)富集更多的金屬鈦。西葫蘆幼苗暴露在銀納米顆粒的溶液中可吸收4.7倍于銀溶液的銀含量，而在銀納米溶液中植株的生物量（是衡量生長(zhǎng)能力和潛力的指標(biāo)）和蒸騰能力下降幅度更大。這都說明粒徑的大小或者納米材料的性質(zhì)在某種程度上決定了其生物學(xué)效應(yīng)。

納米二氧化鈦范文5

[關(guān)鍵詞]納米TiO2 光催化 溶膠-凝膠

[中圖分類號(hào)] TB33 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-4-348-2

納米TiO2在光照下比一般材料具有更優(yōu)異的催化能力，但它只能利用太陽中的紫外光，太陽能利用率低，在太陽光輻射中，波長(zhǎng)小于388 nm的紫外輻射只占大約4%―5%。另外，納米TiO2 催化劑光激發(fā)后產(chǎn)生的空穴和電子復(fù)合的幾率很高、量子效應(yīng)較低，這些缺點(diǎn)也是目前半導(dǎo)體光催化劑普遍存在的問題。本實(shí)驗(yàn)的目的是探索納米TiO2復(fù)合材料的制備，提高其在可見光下的光催化活性。

1材料制備過程

1.1實(shí)驗(yàn)過程如下

（1）將10ml鈦酸丁酯與20ml無水乙醇混合攪拌15min，充分溶解為A溶液。

（2）另取一定量的0.1 mol/L V5+溶液，加酸至50 ml為B溶液。

（3）將A滴入B中，機(jī)械攪拌1.5h，常溫反應(yīng)，得透明溶膠。

（4）取NaOH溶液緩慢滴入溶膠，用HNO3調(diào)節(jié)pH值，得到TiO2凝膠。

（5）加入適量水離心分離洗去雜質(zhì)。100℃下烘干，并研細(xì)至無明顯顆粒感。

1.2XRD測(cè)試

采用日本理學(xué)公司的Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線衍射儀對(duì)所得粉末樣品進(jìn)行X射線衍射分析，使用Cu-Kα 輻射源，波長(zhǎng)為1.5406 A，使用Ni濾波片，采用管流為300 mA、管壓為40 KV，掃描速度5度/分，步長(zhǎng)為0.02°。階梯掃描步長(zhǎng)為0.04°，每步停留5秒。

1.3光降解試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取0.100g活性艷紅染料，配成濃度為50mg/L的染料， 模擬印染廢水。另取0.200g催化劑投入染料溶液，測(cè)混合液的吸光度。活性艷紅的特征吸收波長(zhǎng)為540nm。紫外燈浸入水中照射，并每隔0.5小時(shí)取上清液，直接于Kmax=540nm處測(cè)其吸光度，再根據(jù)吸光度變化求其脫色率。

脫色率=（1-A/A0）×100%

式中：A0，A分別為光照前后的吸光度。為保證紫外線的有效利用，在玻璃燒杯的外面貼上一層反光的鋁鉑紙。

2材料制作結(jié)果與討論

2.1摻釩比率對(duì)材料結(jié)晶的影響

添加不同量的釩制得TiO2作XRD測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。從XRD衍射圖分析得到，各材料的晶粒尺寸大小依次為4.2、4.0、3.4、3.9、4.1、4.3nm，說明隨著摻釩的比例增加， 晶粒尺寸先減小后增大，在x=0.01時(shí)最小。由于V5+離子的離子尺寸比Ti4+離子要小， V5+離子滲入晶胞，替代了Ti4+的位置，使納米晶體的晶粒尺寸減小。當(dāng)x量較小時(shí)（x

2.2pH值對(duì)材料結(jié)晶的影響

對(duì)不同pH下制得的樣品作X射線衍射分析，見圖2。在堿性條件下，溶膠沉淀速度較快，二氧化鈦結(jié)晶度差，呈無定形狀態(tài)。當(dāng)pH=6時(shí)，二氧化鈦的峰形明顯尖銳化，說明pH=6條件下合成的二氧化鈦晶形較好。pH=6和pH=3的條件下，樣品中含有板鈦礦型的二氧化鈦。實(shí)際操作中低pH條件下制得的材料量較少，所以反應(yīng)的pH值不應(yīng)過低。

2.3實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)材料結(jié)晶的影響

隨著反應(yīng)溫度的升高，銳鈦型TiO2峰形尖銳化，說明TiO2微粒晶形越來越好；同時(shí)從XRD衍射圖分析得到，不同反應(yīng)溫度制得的復(fù)合材料中，TiO2納米晶粒尺寸依次為3.4 nm ，3.3 nm ， 3.6 nm ，3.9 nm ，4.3nm，說明反應(yīng)溫度升高，TiO2納米晶粒尺寸呈增大趨勢(shì)，這可能是由于在較高的溫度下，TiO2生成結(jié)晶的反應(yīng)速度較快，容易生成較大的顆粒。隨著納米材料晶粒尺寸增大，其量子化效應(yīng)減弱。

3材料催化性能研究

3.1釩添加量對(duì)材料催化性能的影響

對(duì)實(shí)驗(yàn)制備的材料作催化實(shí)驗(yàn)，從降解效果圖4中可以看出，隨著摻雜量的變化，催化效率先增加再減少。可能是由于釩離子進(jìn)入TiO2晶胞中，造成晶格缺陷，改變了能隙，從而增加了紫外光的利用率。當(dāng)釩的量過大時(shí)，可能生成了釩的氧化物包覆在TiO2的表面，減少受光面積，而降低催化效率。

3.2溫度對(duì)材料催化性能的影響

將1%摻雜量制得的TiO2催化降解活性艷紅染料，其催化結(jié)果如下，樣品的催化性能先升后降，在40℃下材料具有最大的催化降解率，達(dá)到90%。

3.3PH值對(duì)材料催化性能的影響

盡管不同的pH值對(duì)納米二氧化鈦的晶型有影響，但是各樣品在紫外線下對(duì)活性艷紅的催化性能基本無差別。

4結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米TiO2合成過程中，溫度，pH，釩的摻雜量等對(duì)結(jié)晶有較大影響。在V5+的摻雜量為1%，pH=6，溫度為100℃，溶解酸為HNO3的情況下可以制得銳鈦礦型的納米TiO2，晶形較好，納米晶粒尺寸約在3nm～～4nm之間。納米TiO2在低濃度的染料溶液中催化脫色效率在80%～90%之間，而且反應(yīng)過程中，脫色速率基本衡定。

參考文獻(xiàn)

納米二氧化鈦范文6

tio2屬于一種n型半導(dǎo)體材料,它的禁帶寬度為3.2ev (銳鈦礦),當(dāng)它受到波長(zhǎng)小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射時(shí),價(jià)帶的電子就會(huì)獲得光子的能量而躍遷至導(dǎo)帶,形成光生電子(e-);而價(jià)帶中則相應(yīng)地形成光生空穴(h+),如圖1所示。tio2表面的光生電子e-易被水中溶解氧等氧化性物質(zhì)所捕獲,而空穴h+則可氧化吸附于tio2表面的有機(jī)物或先把吸附在tio2表面的oh-和h2o分子氧化成·oh自由基,·oh自由基具有402.8mj/mol反應(yīng)能,可破壞有機(jī)物中c-c、c-h、c-n、c-o、nh鍵,因而具有高效分解有機(jī)物的能力,有殺菌、除臭、光催化降解有機(jī)污染物的功能。

二、納米tio2光觸媒的特點(diǎn)

納米tio2具有較高的光催化反應(yīng)活性,吸附能力也較強(qiáng),可與污染物更充分地接觸,將它們極大限度地吸附在粒子表面。主要特點(diǎn)有:(1)作用廣譜,在光觸媒反應(yīng)過程中,不僅能破壞生物因子,也能破壞各種有機(jī)化學(xué)物質(zhì);(2)在光觸媒反應(yīng)過程中,二氧化鈦不參與反應(yīng),只起催化媒介作用,其本身并不隨時(shí)間延長(zhǎng)而消耗,因此使用壽命持久;(3)經(jīng)過納米技術(shù)工藝處理的觸媒,可在含有微弱紫外線的燈光、自然光、陽光等多種光源下發(fā)揮作用;(4)完全無害,由于納米二氧化鈦本身不釋放出有害物質(zhì)且本身不參與反應(yīng),在反應(yīng)過程中將所作用的物質(zhì)完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物質(zhì),因此光觸媒作用對(duì)環(huán)境完全無害。

三、納米tio2光觸媒在建材領(lǐng)域中的應(yīng)用

(一)光觸媒涂料

1.抗菌涂料

近年來,隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),綠色涂料已成為涂料行業(yè)發(fā)展的主流,水性涂料作為其主要品種也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其防霉、防菌問題較為突出,如在貯存過程中生霉、長(zhǎng)菌使得涂料的品質(zhì)降低,在施涂后膜層生霉、長(zhǎng)菌則使得涂層老化、外觀污損,甚至開裂、剝落,使涂料喪失原有的保護(hù)和裝飾功能。

納米tio2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能,它作為一種新型助劑應(yīng)用于殺菌涂料中,賦予了制品持久、長(zhǎng)效的抗菌、殺菌能力,是受到人們關(guān)注的新型礦物功能材料[1]。納米tio2涂料與傳統(tǒng)的鈦白粉相比,克服了產(chǎn)品在抗菌性、廣譜性、抗藥性和耐熱加工性等方面的缺陷,具有重要的使用價(jià)值。徐瑞芬等[2]將實(shí)驗(yàn)室自制的抗菌納米tio2添加于苯-丙乳液中,經(jīng)表面處理的抗菌納米tio2在乳液中能夠均勻分散,可充分發(fā)揮納米tio2的殺菌作用。

納米tio2不僅具有分解病原菌的能力,還能有效分解細(xì)菌釋放出的毒素。東京大學(xué)的藤島昭授等[3]在玻璃上涂一薄層tio2,光照射3h達(dá)到了殺死大腸桿菌的效果,毒素的含量控制在5%以下。此外,納米tio2本身無毒、無味、對(duì)人體安全無害,可將納米tio2抗菌涂料涂敷于醫(yī)院病房、手術(shù)室等場(chǎng)所的墻壁上,能很快消滅細(xì)菌,起到殺菌消毒的效果。

2.凈化空氣涂料

城市大氣中氮氧化物(nox)及硫氧化物(sox)的污染,已成為環(huán)保亟待解決的問題之一。研究表明,將納米tio2配制成光催化凈化大氣環(huán)保涂料,利用tio2光催化劑產(chǎn)生活性氧,并配合雨水的作用可將這些污染物變成hno3、h2so4而除掉。

在國(guó)外,納米tio2光催化方面的應(yīng)用得到了快速發(fā)展,日本通用汽車公司donald beek等研究納米tio2除去汽車廢氣(含h2s)中硫的能力,在500℃的條件下經(jīng)7h后從汽車廢氣中除去的總硫量比常規(guī)tio2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后,納米tio2除出硫的速度仍相當(dāng)高,也就是說用納米tio2作為涂料助劑不僅有良好凈化空氣的效果,且使用周期長(zhǎng),利用價(jià)值高。

國(guó)內(nèi),利用納米tio2制得的凈化空氣涂料也相應(yīng)而生,邱星林等人[4]發(fā)現(xiàn),采用有機(jī)硅樹脂與納米tio2復(fù)合而成的光催化涂料在太陽光照射條件下,可有效的降解大氣中的nox,反應(yīng)如下:

tio2 + hv(e>ebg) e- + h+ ;

o2 + e- o2- (活性氧);

no2 + oh hno3 ;

no + ho2 hno3

楊陽等[5]利用納米二氧化鈦配制水性涂料,并進(jìn)行紫外光催化降解空氣中的甲醛試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:這種低成本的納米二氧化鈦復(fù)合涂料可以有效地分解甲醛。林勁冬等[6]用fe3+的丙酮溶液對(duì)商品銳鈦型二氧化鈦進(jìn)行浸漬改性,制得fe-tio2光催化劑,將其加入硅酸鉀無機(jī)涂料體系中,得到一種光催化功能性建筑涂料。發(fā)現(xiàn)該功能涂料具有良好的可見光活性,能夠有效而持久地在普通日光燈環(huán)境下降解甲醛。

(二)自清潔玻璃