纳米TiO2制备其引用.docVIP

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纳米TiO2制备其引用.doc

纳米材料概述 纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。以“纳米”来命名的材料出现在20世纪80年代,它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1100nm范围。在纳米材料发展初期,纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在广义地说,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。三维以下的纳米材料可称为低维纳米材料。若按形貌划分,纳米材料的基本单元可分为实心球、棒状、线状、管状、须状、空心球以及其它形状等纳米粒子。由于纳米材料的光学、电学等特性往往与其基本单元的形貌有关,因此,形貌控制合成就应运而生。纳米材料的制备在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位,其关键技术是控制材料的大小和形貌并获得较窄的粒度分布。 过去通常把纳米粉末的制备方法分为两大类:物理方法和化学方法。如:液相法和气相法属于化学方法,而机械粉碎法则归为物理方法。目前主要将纳米粉末的制备方法分为气相法、液相法和固相法三种。 1.2纳米TiO2 概述 TiO2,亦称钛白粉,是一种重要的无机功能材料[]。纳米TiO2是目前应用最广泛的光催化材料,也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。近年来,微纳米级的TiO2因为其在光催化处理污染物、抗菌剂、食品包装、药物添加剂、高级涂料、太阳能电池及防晒剂等方面有着重要的应用而倍受重视。?纳米TiO2有粒径小、透明、紫外线吸收性能强以及光电催化和抗菌等特性。特别的,由于TiO2氧化活性较高、化学稳定性好、对人体无毒害、成本低、无污染等优点,能处理多种有毒化合物,包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、木材防腐剂、染料及燃料油等。此外,TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处理。TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰化物,SO2、H2S、NO和NO2等有害气体也能被吸附在TiO2表面,在光的作用下转化成无毒无害物质。 1.3纳米TiO2 的制备方法 物理法即利用物理方法来获得纳米粉体,常用的有构筑法(如气相冷凝)和粉碎法(如高能球磨法)。氧化钛是由钛与氧组成的化合物,而金红石相氧化钛的熔点为1850℃,其沸点更高。气化-冷凝法并不适用于制备高熔点和沸点的氧化物。文献曾报道了用钛蒸汽与微量的氧反应得到氧化钛纳米晶,但这种方法其本质上仍是化学法(钛原子与氧气反应),而且也难以大规模生产。球磨法可以将钛白粉磨细,但球磨法得到的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,也难以获得均匀的纳米粉体。 1.3.2气相法 气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体,并使之在气态下发生物理变化或化学变化,最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法,该法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球型、单分散性好、可见光透过性好、纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制等特点,但产量低、成本高。 1.3.3强光离子束蒸发法 强光离子束蒸发法是通过强光离子束辐射Ti靶,Ti原子与周围的O2发生反应,生成超细TiO2粒子。Yukio等采用此法制备了纳米TiO2的球形颗粒,在距Ti靶330nm处收集到粒径445nm的颗粒,而在l00nm以内收集到微米级颗粒。该方法的优点是制备的纳米TiO2颗粒纯度高、分散性好。 等离子体蒸发冷凝法是通过激活载气携带的原料,形成等离子体,然后迅速冷却、聚集生成超细粒子。该方法的特点是:可以生成常温、常压下的非平衡相;产生等离子体时不引入杂质,生成的纳米粒子纯度高;而且由于等离子体所处的空间大,气休流速慢,反应物质停留时间长,物质可以充分加热和反应。 1.3.5液相沉淀法 液相沉淀法合成纳米TiO2粉体,一般以TiO2或Ti(SO4)2等无机钛盐为原料,原料便宜易得,是最经济的制备方法。通常采用的工艺路线是将氨水、NaOH等碱类物质加入到钛盐溶液中,生成无定形的Ti(OH)4将生成的沉淀过滤、洗涤、干燥后,经600℃左右锻烧得锐钛矿型、800℃以上得到金红石型纳米TiO2粉体。目前工业上生产超细TiO2粉体的液相中和法就属此类,它是将硫酸法生产钛白粉的半成品水合TiO2洗净后,加硫酸溶解形成TiSO4水溶液,再加碱中和水解,将生成的产物锻烧得到超细TiO2。日本帝国化工公司、石原产业公司、Tioxide公司、芬兰凯米拉公司等都采用这种方法生产超细TiO2。为了能就地利用水合TiO2,故超细TiO2生产线都建在硫酸法钛白生产厂中。 溶胶-凝胶法是20世纪80年代以来新兴的一种制备材料的湿化学方法,这种方法能够通过低温化学手段剪裁和控制材料的显微结构,因此在材料合成领域具有极大的应用价值,引起了广泛的研究和关注。采用溶胶--凝胶工艺合成纳米粉体,具有反应温度低(通常在常温下进行)、设备简单、工艺可控可调、过程重复性好等特点,与沉淀法相比,不需过

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