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纳米二氧化钛的制备

纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备

纳米TiO2的制备方法

1 前言

20世纪80年代以前,纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等,需求量不大,没有形成大的生产规模。80年代以后,开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂,为纳米TiO2打开了市场,使纳米TiO2的生产和需求大大增加,成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。

二氧化钛俗称钛白,是钛系最重要的产品之—,也是一种重要的化工和环境材料。纳米二氧化钛由于其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好、吸收紫外线能力强、表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点而倍受关注,制备和开发纳米二氧化钛已成为国内外科技界研究的热点之一。

日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究,并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2,总生产能力估计在(6000~10000)t/a,单线生产能力一般为(400~500)t/a。根据莎哈里本公司统计,2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右,其消费量与产品应用见表1。近几年,有关纳米TiO2的新建装置已很少报道,主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量,多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高,技术要点和难点主要表现在以下几个方面:①国际上纳米TiO2的价格为(30~40)万元/t,其成本大致是销售价格的2/5,原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素;②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术;③金红石型纳米TiO2的表面处理技术;④纳米TiO2应用分散技术;⑤纳米TiO2应用功能的提升技术;⑥纳米TiO2产业化成套技术。由于以上条件的制约,使得纳米TiO2的应用和发展受到限制

1.1制备方法介绍

1.1.1溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学方法,主要包括4个步骤[1]:第一步,胶溶。Ti(OR)4与水不能互溶,但与醇、苯、等有机溶剂无限混溶,所以先配制Ti(OR)4的醇溶液(多用无水乙醇),再配制水的乙醇溶液,并向B中添加无机酸或有机酸作水解抑制剂(负催化剂),也可加,将A 和B按一定方式混合、搅拌得透明溶胶。第二步,溶胶凝一定量NH

3

胶转变制湿凝胶。第三步,使湿凝胶转变成干凝胶。第四步,热处理。将干凝胶磨细,在氧化性气氛中在一定温度下热处理,便可得到<100nm的TiO

2

张梅等[2]以Ti(OC4H9)4为原料,无水乙醇为溶剂,盐酸作水解抑制剂,按摩尔比Ti(OC4H9)4:H2O:C2H5OH:HCL=1:1-4:15:0.3,得到不同粒径和晶型的TiO2纳米晶。

溶胶凝胶法制备纳米TiO2可以很好地掺杂其它元素,粉末粒径小,分布均匀,分散性好,是非常有价值的制备方法。但由于要以钛醇盐为原料,又要加入大量的有机试剂,因此成本高,同时由于凝胶的生成,有机试剂不易逸出,干燥、烧结过程易产生碳污染[3],另外,对于困扰已久的团聚问题,局部表面化学反应、机械化学反应及用表面活性剂或聚合物包覆等都不能从根本上解决,利用超声空化技术有帮助,尚有待进一步探索[4]。

1.1.2沉淀法

以廉价易得的TiO4或Ti(SO)4等无机盐为原料,向反应体系加入沉淀剂后,形成不溶性的Ti(OH)4,然后将生成的沉淀过滤,洗去原溶液中的阴离子,高温煅烧即得到所需的氧化物粉体,此法一般分为3种类型。

1.1.3TiCL4的直接水解法

该方法的优点是:工艺简单,反应条件温和且反应时间短,产品粒度均匀,分散性好,颗粒尺寸人为可控,可以制得锐敏型、金红石型及混合晶型,原料易得,生产成本较低,易于实现工业化。但是此方法需要经过反复洗涤来除去氯离子,所以存在工艺流程长、废液多、产物损失较大的缺点,而且完全洗净无机离子较困难。

1.1.4钛醇盐水解法

在有分散剂存在并强烈搅拌下,对钛醇盐进行控制性水解,沉析出TiO2.nH2O沉淀,过滤、干燥、热处理,容易得到高纯、微细、单分散的类球形TiO2亚微粉或超微粉。宋哲等[5]NHCL4-NH4OH缓冲溶液中进行钛丁醇盐水解,沉淀物用正丁醇进行非相共沸蒸馏挤水法处理,然后在,4500C下热处理,得到了颗粒度小,分散性好,不团聚的纳米TiO2。该方法合成的纳米粉体颗粒均匀,纯度高,形状易控制,缺点是成本昂贵,作为原料的金属有机物制备困难,合成周期长。

1.1.5胶溶法

该法可制备各种组分的氧化物陶瓷粉体且制得的产品粒径小,粉体分散性好,粒度可控,但易发生粒子间团聚现象,成本也较高。杨少凤等人利用异相成核原理,液相合成金红石型TiO2纳米晶:在Ti(SO)4溶液中加入一定量的SnCL2,室温下,将2mol/L氨水滴入此混合液中,经过一系列处理后,将所得沉淀分散于2mol/LHNO3溶液中,回流一段时间,沉淀离心烘干即得金红石型TiO2纳米晶。这种工艺制备凝胶的方法与溶胶凝胶法相似,但是利用胶溶原理,缩短了制备流程,省去耗能多的高温煅烧过程,

从而避免了因烧结而引起的纳米粒子之间的硬团聚。

1.1.6微乳液法

微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混合物,一般由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水(或电解质溶液)组成。由于微乳液的结构从根本上限制了颗粒的成长,因此使得超细微粒的制备变得容易。

通过超速离心,使纳米微粉与微乳液分离,再以有机溶剂除去附着在表面的油和表面活性剂,最后经干燥处理,即可得到纳米微粉的固体颗粒。该法所得产物粒径小且分布均匀,易于实现高纯化。该法有2个优点[6]:(1)不需加热、设备简单、操作容易;(2)可精确控制化学计量比,粒子可控。

1.1.7低压气体蒸发法

这种制备方法是在低压的氩气、氮气等惰性气体中加热普通的TiO2,然后骤冷生成纳米TiO2粉体,其加热源有电阻加热法、等离子喷射法、高频感应法、电子束法和激光法,可制备100nm以下的粒子[7]。

1.1.8此活性氢熔融金属反应法

含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧,使金属熔融,电窝的N2.Ar等气体和H2溶入熔融金属,然后释放出来,在气体中形成了金属的超微粒子,用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米TiO2微粒。

1.1.9溅射法

此方法是用2块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar气,两电极间施加的电压范围为0.3~1.5Kv。两电极间的辉光放电使Ar离子形成。在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,靶上的就由其表面蒸发出来,被惰性气体冷却而凝结成纳米TiO2粉末,粒度在50nm以下,粒径分布较窄。

1.1.10流动液面上真空蒸发法

用电子束在高真空下加热蒸发TiO2,蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上,通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜,含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面,然后在真空下进行蒸馏获得TiO2超微粒子。

1.1.11超临界相法

溶液中合成超细TiO2分别是在3个实验反应器中完成的,这些反应器填充了近临界密度的异丙醇和0.4mol/L的醇钛盐溶液。乙醇和异丙醇的临界温度分别为2410C和238.40C,与醇钛盐气相热解的温度2650C相差不远,特别适合作临界相流体,临界相流体有近似液体的密度和高溶剂能,但低的粘度和高扩散率几乎与气体接近,这些性质有利于分子碰撞且能够增加反应动力,能产生高的成核率。此法溶液浓度很低,可以避免粒子间的进一步凝集,低压下超临界溶液作为气体被除去,得到了干燥的粉末,不再需要液固的分离步骤。

将异丙醇D异丙醇钛盐溶液在2800C加热2h,反应即可完全,这与醇钛盐气相热解温度相近,由超临界法所得固体为锐钛型结构,粒径为30~60nm,热处理后不发生结块。而用气相热分解法制TiO2,最初所得晶粒很好,但最终强烈结块。超临界法同溶胶凝胶法比较,免除了沉淀与干燥步骤,在煅烧过程之前,不需要进一步热处理。SC法制的锐钛型TiO2较溶胶凝胶法制的锐钛型稳定,例如,SC法,9000C加热4h,20%为金红型TiO2;溶胶凝胶法,6400C为金红型TiO。

上述可见,制备纳米TiO2的方法很多,而且各有其优缺点。此外,根据纳米TiO2用途的不同,其制备方法也有差异。今后在研究制备工艺的同时,改进现有的合成工艺,寻求粉体质量好、操作简便且易于工业化大规模生产、成本低廉的合成新工艺,应该是努力的目标。对纳米粉末微观结构的研究还有待于进一步深入,对纳米TiO2微粉特有的化学、物理机械性能,应从理论、微观结构入手,研究它们产生的机理。总之,随着纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深入,纳米超细粒子的制备技术将会得到日益改进。

1.2所制备材料的介绍

纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末,屏蔽紫外线作用强,有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域,作为紫外线屏蔽剂,防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆,具有随角异色效应。

纳米级二氧化钛,亦称钛白粉。物理性质为细小微粒,直径在100纳米以下,产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能,可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。

纳米二氧化钛主要有两种结晶形态:锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)。

金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密,有较高的硬度、密度、介电常数及折射率,其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高,带蓝色色调,并且对紫外线的吸收能力比金红石型低,光催化活性比金红石型高。在一定条件下,锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。

纳米二氧化钛是具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。

由于它透明性和防紫外线功能的高度统一,使得它一经问世,便在防晒护肤、塑料薄膜制品、木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面获得了

广泛应用。特别是在80年代末期,这种能产生诱人的“随角异色”效应的效应颜料被成功地用于豪华型高级轿车面漆之后,引起了世界范围的普遍关注,发达国家如美、日、欧等国对此研究工作十分活跃,相继投入了大量人力、物力,并制订了长远规划,在国际市场竞争激烈迄今,他们已取得许多令人惊异的成果,并已形成高技术纳米材料产业,生产这种附加值极高的高功能精细无机材料,收到良好的经济效益和社会效益,纳米氧化物材料也正成为中国产业界关注的热点。

随着纳米材料研究的深入,纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注,这意味着纳米材料的研究已可以按照人们的意愿设计、组装、创造新的体系,更有目的地使该体系具有人们所希望的特性,技术上的飞跃,为纳米材料的应用进一步打开市场的大门,在广泛的领域形成了一大批高技术产品。如信息与通讯方面的磁性存储器、光学存储器、液晶显示、光学方面的功能性薄膜;电子方面的原件开发,能源方面的太阳能电源,热敏绝缘体,测量与控制技术方面的传感器;陶瓷方面的结构陶瓷,功能陶瓷以及其他方面的抗老化橡胶、功能油漆、光催化降解剂、保洁抗菌材料、超高磁能衡土水磁体等。在纳米材料的市场增长中,o维-3维结构技术,超精度加工技术,超薄膜生产技术,横向结构技术所制造的产品最具市场增长潜力。

有关研究还表明,在今后10年中,纳米材料的市场应用开发的速度还会加快,因为工业国家纳米材料领域的专利自1993年以来一直以每年20%以上的速度递增。资料表明,西方工业国家在纳米材料及相关领域的科研经费投入每年达75亿美元左右。国际上在此领域竞争日趋激烈。

1.3本实验主要研究内容

本实验采用均匀沉淀法,制备纳米氧化钛粉体,采用XRD衍射仪检测产物表征,希望得到锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛。通过对照组比较,得出最佳的制备方案。

2实验实施阶段

2.1方案介绍

以尿素为沉淀剂宿主,与硫酸钛反应,生成二氧化钛。

尿素的水解反应:

CO(NH2)2 + 3H2O= 2NH3·H2O + CO2↑氨水电离得到沉淀剂OH-:

NH3.H2O=NH4++OH-

生成TiO(OH)2沉淀:

TiO2+2OH- =TiO(OH) 2

偏钛酸煅烧得到TiO2:

TiO(OH)2=TiO2+H2O

2.2实验具体实施

实验计划设置三组,选取煅烧温度和反应时间两个条件作为变量

三组理论产量均设置为10g,所需要的硫酸钛30.35g,尿素20.33g,将硫酸钛完全溶解至120ml去离子水中,加入尿素,待反应规定时间,过滤出产物,进行烘干24h,最后在设定温度下进行煅烧,得到产物,计算产率,进行表征分析。

2.3实验药品和仪器

药品:去离子水,无水乙醇,硫酸钛,尿素。

仪器:

电子天平

XRD衍射仪

集热式磁力搅拌器

3结果分析与讨论

3.1产率计算

3.2表征分析

将最终产物用XRD衍射仪进行表征分析,其结果如下图:

上图为标准组检测结果,很清楚的可以看出最终产物为锐钛型TiO2

,得到粉体的颗粒度均匀,是合格产品。

上图为第一组和第二组的对比分析,可以看出随着反应时间的延长,产率增

长,其他性能没有改变,由于煅烧温度没有改变,所以晶型没有改变,为锐钛型TiO2。

上图可以看出,第三组由于煅烧温度改变,和第一组相比较出现新相,为金红石型TiO2,由于反应时间没有改变,所以产率没有发生交大改变。

参考文献

[1]李大成,等.纳米TiO2的制备[J]。四川有色金属,2003.(2):2-9.

[2]张梅,等.溶胶凝胶法制备纳米TiO2[J]化工新型材料,2002,(1):35-37.

[3]刘朝晖,等.纳米TiO2的制备研究进展[J]河南化工,2002,(8):4.

[4]林玉龙,等纳米二氧化钛的液相合成[J]微纳电子技术,2003,(3):4.

[5]宋哲,等.纳米TiO2粉体颗粒的表面特征与团聚状态[J]无机材料学报,1997,(3):445-448.

[6]施利毅,等.微乳液反应法合成二氧化钛超细粒子[J]功能材料,1999,(5):495-497.

[7]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[J]北京:科学出版社,2001.

综合实验感想

纳米二氧化钛是具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。由于它透明性和防紫外线功能的高度统一,使得它一经问世,便在防晒护肤、塑料薄膜制品、木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面获得了广泛应用。特别是在80年代末期,这种能产生诱人的“随角异色”效应的效应颜料被成功地用于豪华型高级轿车面漆之后,引起了世界范围的普遍关注,发达国家如美、日、欧等国对此研究工作十分活跃,相继投入了大量人力、物力,并制订了长远规划,在国际市场竞争激烈迄今,他们已取得许多令人惊异的成果,并已形成高技术纳米材料产业,生产这种附加值极高的高功能精细无机材料,收到良好的经济效益和社会效益,纳米氧化物材料也正成为中国产业界关注的热点。

随着纳米材料研究的深入,纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注,这意味着纳米材料的研究已可以按照人们的意愿设计、组装、创造新的体系,更有目的地使该体系具有人们所希望的特性,技术上的飞跃,为纳米材料的应用进一步打开市场的大门,在广泛的领域形成了一大批高技术产品。如信息与通讯方面的磁性存储器、光学存储器、液晶显示、光学方面的功能性薄膜;电子方面的原件开发,能源方面的太阳能电源,热敏绝缘体,测量

与控制技术方面的传感器;陶瓷方面的结构陶瓷,功能陶瓷以及其他方面的抗老化橡胶、功能油漆、光催化降解剂、保洁抗菌材料、超高磁能衡土水磁体等。在纳米材料的市场增长中,o维-3维结构技术,超精度加工技术,超薄膜生产技术,横向结构技术所制造的产品最具市场增长潜力。

有关研究还表明,在今后10年中,纳米材料的市场应用开发的速度还会加快,因为工业国家纳米材料领域的专利自1993年以来一直以每年20%以上的速度递增。资料表明,西方工业国家在纳米材料及相关领域的科研经费投入每年达75亿美元左右。

通过两周的实验,我对材料的制备方法又有了新的认识,在实验中,不断地发现问题和解决问题,学到的知识在实践中得到了应用,感觉受益匪浅,希望以后还可以有机会再来实验。同时,感谢刘老师孜孜不倦的教诲,把每一个细节都耐心的将给我们,不遗余力的帮助我们,是的这次试验成功完成。

最后,希望学校可以更新实验仪器,满足教育和科研需求。

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纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的评价 实验报告 班级: 组别:指导老师: 小组成员:

实验目的: 1. 培养小组自主设计及完成实验的能力和合作能力。 2. 了解纳米二氧化钛的粒性和物性。 3. 掌握溶胶-凝胶法合成TiO2 的方法。 4. 研究二氧化钛光催化降解甲基橙和亚甲基蓝水溶液的过程和性质。 5. 通过实验,进一步加深对基础理论的理解和掌握,做到有目的合成,提高实验思维 与实验技能。 一、溶胶凝胶法制备二氧化钛 1 实验原理:纳米粉体是指颗粒粒径介于1?100 nm之间的粒子。由于颗粒尺寸的微 细化,使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时,与块状材料相比,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Tiθ2具有许多独特的性质。比表面积大,表面张力大,熔点低,磁性强,光吸收性能好,特别是吸收紫外线的能力强,表面活性大,热导性能好,分 散性好等。基于上述特点,纳米Tiθ2具有广阔的应用前景。利用纳米Tiθ2作光 催化剂,可处理有机废水,其活性比普通Tiθ2(约10 μm)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 品防晒霜等;利用其光电导性和光敏性,可开发一种Tiθ2感光材料。如何开 发、应用纳米Tiθ2,已成为各国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧 化钛粉体的方法主要有液相法和气相法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级 二氧化钛,而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活 性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂[1 ?3],因此,本实验采用溶胶-凝 胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。 制备溶胶所用的原料为钛酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、无水乙醇 (C2H5θH)以及冰醋酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水,分相介质为C2H5OH,冰 醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。使Ti(O-C4H9)4 在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4,脱水后即可获得TiO2。在后续的热处理过程中, 只要控制适当的温度条件和反应时间,就可以获得金红石型和锐 钛型二氧化钛。 钛酸四丁脂在酸性条件下,在乙醇介质中水解反应是分步进行的,总水解

二氧化钛纳米管的制备与应用概要

2012 /2013 学年第 2 学期环保材料课程考核试卷 A■、B□ 课程代码: 17000450 任课教师_施文健考试形式:开卷■、闭卷□ 课程性质:通识□、基础□、专业■、必修■、选修□、考试□、考查■、指选□、跨选□适用年级/专业二年级/环境工程学分/学时数 2/32 考试时间1周…………………………………………………………………………………………………………学号1117030320 姓名陈柱良专业环境工程得分 撰写小论文:环境工程材料――×××研究进展 学生通过对应用于防止、治理、修复环境污染的材料,包括净化材料、环境修复材料以及环境替代材料等材料中就某一种具体的环境工程材料的研究进展进行综述。学生的工作由国内外文献检索、阅读、归纳总结、并对该研究领域进行展望、小论文写作组成。小论文内容:题目、前言(目的意义)、国内外研究现状包括:材料的制备方法、材料表征、理化性能、在环境工程中的应用,写出学生自己的学习后的认识、观点或展望在该领域研究方向及应用前景。具体要求:查阅的中文文献≥10篇、英文文献≥5篇、小论文字数5000字左右、列出参考文献。

二氧化碳纳米管的制备与应用 前言: 纳米TiO 2是一种重要的无机功能材料,多呈颗粒状,它在环境光催化领域作为催化剂已引起广泛重视[1,2]。由于其具有无毒、气敏、湿敏、介电效应、光电转换、光致变色及催化活性高、氧化能力强、稳定性好等优点[3,4]而被广泛应用于各种光催化反应技术中,如自洁材料、介电材料、催化剂极载体、传感器、光催化太阳能电池、光裂解水制氢以及光催化降解大气和水中污染物等领域。Ti02纳米管是其又一种存在形式,纳米Ti02在光催化降解水中有机污染物方面有明显的优势[5],而且还能够解决汞、铬、铅等金属离子的污染问题。由于纳米管具有大的比表面积,因而具有较高的吸附能力,可望提高其光催化性能;特别是若能在管中填充更小的无机、有机、金属或磁性纳米级颗粒形成一维复合纳米材料,将会大大改善Ti02的光电、电磁、催化及抗菌等性能。目前,对TiO 2纳米薄膜、纳米粉体及掺杂改性的纳米TiO 2复合材料的制备、结构相变及其应用已进行了大量研究。但对于TiO 2纳米管的光电性能、催化性能及其应用的研究还处于起步阶段。TiO 2纳米管是纳米TiO 2的一种新的存在形式,与其他形态的纳米TiO 2材料相比,它具有更大的比表面积和更强的吸附能力,有望进一步提高TiO 2的光电转换效率和光催化性能,特别是若能在该纳米管中掺杂部分无机、有机、金属或者磁性材料而制备出复合纳米材料,则TiO 2纳米管的光电性能和催化活性将得到大大的改善。

纳米二氧化钛的制备

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 实 验 报 告 组别:第七组 组员:曲红玲高晗 班级:应121-2 指导老师:翁永根老师

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 一、实验目的 1、掌握利用简单的原料制备纳米材料的基本方法和原理。 2、了解二氧化钛的应用和多种制备方法的优缺点。 3、了解纳米半导体材料的性质。 4、了解纳米半导体光催化的原理。 5、掌握光催化材料活性的评价方法。 二、实验原理 二氧化钛,化学式为2TiO ,俗称钛白粉。多用于光触媒、化妆品,能靠紫外线消毒及杀菌。以纳米级2TiO 为代表的具有光催化功能的光半导体材料,因其颗粒细小、比表面积大而具有常规材料所不具备的优点,以及较高的光催化活性、高效的光点转化性能等,在抗菌除雾、空气净化、废水处理、化学合成及燃料敏化太阳能电池等方面显出广阔的应用前景。 1、纳米二氧化钛的制备 纳米二氧化钛的制备方法有很多。主要分为两类:一类是液相法合成,包括液相沉淀法、液相凝胶法、醇盐水解法、微乳液法及水热法;另一类是气相法合成,包括四氯化钛氢氧焰水解法、四氯化钛气相氧化法、钛醇盐气相氧化法、钛醇盐气相水解法、钛醇盐气相热解法。其中,溶胶凝胶法是近年来制备二氧化钛广泛使用的方法。本试验采用溶胶凝胶法制备二氧化钛。 溶胶凝胶法中,反应物为水、钛酸四丁酯,分相介质为乙醇,冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度,使钛酸四丁酯在无水乙醇中水解生成()4OH Ti ,脱水后即可得到2TiO 。在后续的热处理过程中,只要控制适当的温度条件和反应时间,就可以得到二氧化钛。 在以乙醇为溶剂,钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应,钛酸四丁酯在酸性条件下,在乙醇介质中水解反应是分步进行的。 一般认为,在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。上述溶胶体系静置一段时间后,由于发生胶凝作用,最后形成稳定的凝胶。此过程中涉及的反应为: ()()OH H C OH Ti O H H OC Ti 944249444+=+ ()()OH H C TiO H OC Ti OH Ti 942494442+=+ ()O H TiO OH Ti 2242+? 2、光催化活性评价 光触媒在光照条件下(可以是不同波长的光照)所起到的催化作用的化学反应,通称为光反应。光催化一般是多种相态之间的催化反应。 本次试验是进行紫外光催化活性评价,分别通过测量在亚甲基蓝和甲基橙中,反应前

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征 盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221 摘要:纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表,探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况,根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述,在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点,最后展望了今后的发展方向。 关键词:纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。 1 纳米二氧化钛的制备方法 1.1 气相法 气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气,把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器,进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大,操作温度较低,能耗小,且对材质纯度要求不是很高,可实现连续生产;但控制过程复杂,并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料,氧气为氧源,氮气作为载气的氧化反应,反应经气、固分离后制得纳米TiO:。该法制得的产品纯度高、分散性好;但设备结构复杂,材料要求耐高温、耐腐蚀,自动化程度高,研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ,H2,O:为原料,将TiC1 气体在氢氧焰中(700~1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型,产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小,自动化程度高;但所需温度高,对设备材质要求较高,对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料,在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后,导入反应气体,使之发生热分解反应,最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好,可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布;但投资大、成本高。 1.2 液相法 溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料,经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化,再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低;但原料价格昂贵、生产成本高,凝胶颗粒之间烧结性差,产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO,H TiO,或TiC1 溶液中,沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单,易工业化,但易引入杂质,粒度不易控制,产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料,经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀;但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO,TiC14或Ti(OR)4为原料,高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好;但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后,提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点,简化工艺过程,采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案,并进行了长时间的中试,现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。 1 气相法制备二氧化钛 气相法一般是通过一些特定的手段先将反应前体气化,使其在气相条件下发生物理或化学变化,然后在冷却过程中成核、生长,最后形成纳米TiO2颗粒。 1.1 化学气相沉积法

纳米二氧化钛的制备及性质实验

南京信息工程大学综合化学实验报告 学院:环境科学与工程学院 专业:08应用化学 姓名:章翔宇 潘婷 袁成 钱勇 2010年6月25号

纳米二氧化钛的制备及性质实验 1、实验目的 熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作; 理解二氧化钛吸附实验的原理和操作; 掌握数据处理的方法 2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛 2.1 需要的仪器 恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵 2.2 需要的试剂 钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水 2.3 实验步骤 1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中,摇匀(在恒压漏斗中进行) 得到溶液A 2.取200ml 的蒸馏水,加入0.32 ml 的浓硝酸,摇匀(在茄行烧瓶中进行),得到 溶液B 3.将烧瓶固定在铁架台上,进行磁力搅拌,将溶液A 逐滴滴加至溶液B中,使两溶液 缓慢接触,并进行水解反应,得到溶液C 溶液C室温回流,记载下当时的室温 4.回流分若干天进行,保证回流时间不少于48小时,得到溶液D 5.蒸干方式:将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干,得E 6.将E放入烘箱100烘干 7.研磨至粉末状; 2.4 实验结果 1、回流分4天进行,总计回流时间50小时,室温为15℃。 2、经研磨,得到白色细粉末状固体。称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g,损失为产品转移过程中损失。 3、纳米二氧化钛性质实验 3.1 二氧化钛吸附试验 1、仪器:烧杯(500mL),容量瓶(1000mL),样品瓶(6个),电子天平,磨口瓶,超 声波清洗机,玻璃注射器,过滤器,分光光度计 2、试剂:二氧化钛粉末,染料X-3B(分子量615),蒸馏水 3、实验步骤: 1、用电子天平称取60mg染料,配成1000mL的60mg/L溶液(避光保存)。 2、将烧杯润洗后,倒入100ml染料溶液,再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。 静置后置于超声波清洗机中(70℃超声40分钟,注意避光)。剩余原液取样保存编

二氧化钛的各种制备方法

取200mL浓度为1mol/L的TiOSO 4 溶液装入容量为500mL的烧杯中,将烧杯放入高 压蒸气釜内,用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出,TiOSO 4 水热解生成的白色偏钛酸,过滤后,用蒸馏水洗涤数次,得含固量为%的偏钛酸备用。取200mL浓度为 1mol/L的TiOSO 4 溶液,在搅拌条件下,用2 mol/L氢氧化钠溶液中和,直至溶液的pH=5,溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸,过滤后,用蒸馏水洗涤数次,得含固量为%的正钛酸备用。 1.载银二氧化钛的制备方法: 分别在46gH 2TiO 3 和195gH4TiO4中加入50mL浓度为L的AgNO3溶液,磁力搅拌并加热 直至大部分水挥发,置于80℃的干燥箱中烘干,取出碾磨得未煅烧的载银粉体;在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和AT2放入马弗炉中,在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h,取出自然冷却后,放入研磨机内研磨4h得含银%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 2.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体,按n[Ti( OC 4H 9 ) 4 ]∶n[C 2 H 5 OH]∶n[NH( CH 2 CH 2 OH) 2 ]∶ n[H 2 O]=1∶23∶2.5∶10摩尔配比,先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙 醇胺混合,搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中,继续搅拌 h,得到稳定澄清的溶胶溶液,静置48h。采用自制的拉膜机,以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min),每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min,涂膜四层后,将样品置于马弗炉中以 约2℃·min-1升温到600℃保温2 h 后,随炉温冷却,制得纯TiO 2 薄膜。 3.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 4.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。

二氧化钛的各种制备方法2

1.硫酸氧钛溶液热水解和中和水解法制备偏钛酸和正钛酸 取200mL浓度为1mol/L的TiOSO4溶液装入容量为500mL的烧杯中,将烧杯放入高压蒸气釜内,用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出,TiOSO4水热解生成的白色偏钛酸,过滤后,用蒸馏水洗涤数次,得含固量为21.6%的偏钛酸备用。取200mL 浓度为1mol/L的TiOSO4溶液,在搅拌条件下,用2 mol/L氢氧化钠溶液中和,直至溶液的pH=5,溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸,过滤后,用蒸馏水洗涤数次,得含固量为5.1%的正钛酸备用。 2.载银二氧化钛的制备方法: 分别在46gH2TiO3和195gH4TiO4中加入50mL浓度为9.3mmol/L的AgNO3溶液,磁力搅拌并加热直至大部分水挥发,置于80℃的干燥箱中烘干,取出碾磨得未煅烧的载银粉体;在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和A T2放入马弗炉中,在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h,取出自然冷却后,放入研磨机内研磨4h得含银0.5%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 3.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体,按n[Ti( OC4H9 ) 4]∶n[C2H5OH]∶n[NH( CH2CH2OH)2]∶n[H2O]=1∶23∶2.5∶10摩尔配比,先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙醇胺混合,搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中,继续搅拌0.5 h,得到稳定澄清的溶胶溶液,静置48h。采用自制的拉膜机,以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min),每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min,涂膜四层后,将样品置于马弗炉中以约2℃·min-1升温到600℃保温2 h 后,随炉温冷却,制得纯TiO2薄膜。 4.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL 盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 5.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。

纳米材料的制备以及表征教学总结

纳米材料的制备以及表征 纳米科技作为21世纪的主导科学技术,将会给人类带来一场前所未有的新的工业革命。纳米科技使我们人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米材料是目前材料科学研究的一个热点,纳米材料是纳米技术应用的基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制,以制备符合各种预期功能的纳米材料。 低维纳米材料因其具有独特的物理化学特性以及在各个同领域的广泛应用 而受到国内外许多科研小组的广泛关注。钒氧化物纳米材料因为具有良好的催化性能、传感特性及电子传导特性而成为研究低维纳米材料物理化学现象的理想体系。尤其是对钒氧化合物纳米线、纳米带、纳米管的结构与性能的研究日益深入。另外,稀土正硼酸盐纳米材料因其独特的发光性能、电磁性能引起了广大科研小组的浓厚兴趣,是低维纳米材料领域研究的一个热点内容。 1.绪论 1.1纳米材料的发展概况 早在60年代,东京大学的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo效应”, 认为金属超微粒子中的电子数较少,而不遵守Femri统计,并证实当结构单元变得比与其特性有关的临界长度还小时,其特性就会发生相应的变化。70年代末80年代初,随着干净的超微粒子的制取及研究,“Kubo效应”理论日趋完善, 为日后纳米技术理论研究打下了基础。人们对纳米颗粒的结构、形态和特性进行了比较系统的研究,描述金属微粒费密面附近电子能级状态的久保理论日趋完善,并且用量子尺寸效应成功地解释了超微粒子的某些特性[3]。最早使用纳米颗粒 制备三维块体试样的是德国萨尔兰大学教授H.Gletier,他于1984年用惰性气体蒸发、原位加压法制备了具有清洁表面的纳米晶Pd、cu、Fe等[4],并从理论及性能上全面研究了相关材料的试样,提出了纳米晶材料的概念,成为纳米材料的创始者。1987年美国Argon实验室sigeel博士课题组用相同方法制备了纳米陶 瓷TIOZ多晶体。纳米技术在80年代末和90年代初得到了长足发展,并逐步成为一个纳米技术体系。1990年7月,第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩 召开,标志着纳米科学技术的正式诞生;正式提出了纳米材料学、纳米生物学、

二氧化锰纳米材料的制备与表征

二氧化锰纳米材料的制备与表征 [摘要] 研究以KMnO4为氧化剂用水热合成法制备MnO2不同纳米晶型的过程,并以X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)等方法对其进行了表征。结果表明,在水热反应过程中,反应时间改变会使MnO2晶型及其形貌发生转变。 [关键词] 二氧化锰晶型水热合成纳米结构α-MnO2 β-MnO2 1.引言 纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而越来越受到人们的重视。锰氧化合物不仅资源丰富、价格低廉、对环境无污染,而且具有多变的组成、复杂的结构、奇特的功能,因而在电子、电池、催化、高温超导、巨磁阻材料、陶瓷等领域显示出广阔的应用前景,所以其制备方法、结构表征、反应机理及应用的研究备受瞩目。其中MnO2作为一种重要的无机功能材料,在催化和电极材料等领域中已得到广泛的应用。 Xie 等证实空壳海胆结构的α-MnO2作为锂电池的阴极材料比实心海胆状α-MnO2和单分散α-MnO2 纳米棒更有效;Yang等报道氧化锰纳米棒对甲基蓝的氧化分解反应具有良好的催化效果;Ma等也证明了层状二氧化锰纳米带是充电锂电池理想的阴极材料。目前研究较多的是MnO2和锰酸盐,常用的制备方法有固相合成法、溶胶凝胶法、沉淀法等。 通常MnO2的活性随其所含结晶水的增加而增强,结晶水能促进质子在固体相中的扩散,因此γ- MnO2是各种晶型MnO2中活性最佳的。但在非水溶液中, MnO2 所含的结晶水反而会使它的活性下降。如在Li-MnO2电池正极材料中,以α-MnO2性能最差,含少量水分的γ-MnO2较差,无结晶水的β-MnO2较好,γβ-MnO2(混合)最好。所以γ-MnO2 在作为阴极材料之前,必须对其进行热处理,并且要除去水分,使晶型结构从γ-MnO2 转变为γβ-MnO2相(混合,以β相含量为65%~80%为最优)。再者,在固体二氧化锰有着较为复杂的晶型结构,如α、β、γ等5种主晶及30余种次晶,因此需要深入理解二氧化锰晶型转变机制。MnO2材料的微观形貌对于其应用有着重要的意义。 本实验以KMnO4和MnSO4·H2O为原料,采用水热合成法在高温反应釜条件下制备MnO2纳米晶型,并借助XRD、SEM、IR等技术对其进行了表征。 2.实验部分 2. 1 试剂与仪器 硫酸锰(分析纯),中国上海通亚精细化工厂;高锰酸钾(分析纯),宿州化学试剂厂;盐酸(分析纯),上海博河精细化学品有限公司。

纳米二氧化钛制备方法

1. 纳米TiO 2粉体制备方法 物理法 气相冷凝法: 预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物 高能球磨法: 工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差 化学法 固相法: 依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒 液相法: 就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。 以四氯化钛为原料,其反应为 TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl , Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O. 以醇盐为原料,其反应为 Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH , Ti (OH) 4 ???→煅烧 TiO2 + 2 H2O. 主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。 溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.

气相法: 其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的 常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。 2. 纳米TiO2薄膜制备方法: 除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。 溶胶-凝胶法(Sol-Gel): 制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产; 水热合成法: 通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀,然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质,将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。熟化后的溶胶涂覆在导电玻璃基片上,经高温(500℃左右)煅烧,即得到纳米晶TiO2薄膜。也可以使用TiO2的醇溶液与商业Ti02(P25,3Onm)混合以后得到的糨糊来代替上面提到的溶胶。反应中为了防止颗粒团聚,通常采用化学表面改性的方法,如加有机螫合剂、表面活性剂、乳化剂等,以降低粉末表面能,增加胶粒问静电排斥,或产生空问位阻作用而使胶体稳定。这些有机添加剂在高温煅烧阶段会受热分解除去. 是溶胶-凝胶法的改进方法,主要在于加入了一个水热熟化过程,由此控制产物的结晶和长大,继而控制半导体氧化物的颗粒尺寸和分布,以及薄膜的孔隙率.得到的Ti02颗粒是锐钛矿型还是锐钛矿型与金红石型的混合物由反应条件(如煅烧温度)决定。水热处理的温度对颗粒尺寸有决定性的影响。一般来说,将溶胶在高压釜中(150Xl05~330×105Pa)于200~250℃处理12h,可得到平均粒径15~20nm的Ti02颗粒。如果用丝网印刷术(也可用刮涂的方法)将TiO2溶胶涂覆在导电玻璃上,则得到

纳米TiO的制备方法综述

纳米TiO2的制备方法综述 1.引言 纳米微粒是指颗粒尺寸在1 nm -100 nm的超细微粒。由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。其中纳米二氧化钛作为一类无机功能材料备受关注。氧化钛(TiO2)俗称钛白粉,具有无味、无毒、无刺激性和热稳定性好等特点,且来源广泛,极易获得,从晶形角度而言,TiO2分为锐钛矿、板钛矿和金红石三种,其中锐钛矿型和金红石型应用较为广泛。纳米二氧化钛因其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点,倍受关注。制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点。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,本文将对其制备方法进行分类介绍。 2.气相法 气相法通常是采用某些特定的方法使反应前体物质气化,以使其在气相状态下发生化学或者物理变化,继而通过冷却使其成核、生长最终形成颗粒二氧化钛。气相法主要分为物理气相沉积法(PVD)与化学气相沉积法(CVD),其中PVD是将前提物质通过挥发或者蒸发为气体,然后冷凝成核,从而得到粉体的方法,通常包括热蒸发法、溅射法等。PVD法是制备纳米材料采用的最早方法,多用于制备二氧化钛薄膜。在利用物理气相沉积法制备二氧化钛的过程中并不发生化学反应,所得的二氧化钛粒径小、纯度高、分散性较好,但是成本高、回收率低。[3] 2.1 扩散火焰法 以钛醇盐或四氯化钛、燃料气体和氧气等作为原料,首先将前提气体物质通入火焰反应器中,然后将燃料气体经烧嘴打入空气中,利用扩散作用使其相互混合而达到燃烧的目的,在此过程中气相会发生水解和氧化等作用,随之经过结晶成核、成长、转化晶型等过程最终制得二氧化钛。典型的P25是德国的Deguss公司通过TiCl4氢氧火焰法制的,其反应方程式为: TiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)→4Ti02(a)+4HC1(g) (1) 工艺流程见图1: 日本Aerosil公司和美国Cabot公司等也利用此方法制的了超细的纳米二氧化钛粉体。Jang等人分别用五路管径将空气与Ar,O2,Ar/TiCl4加入到经过改进的火焰反应器中,并且利用改变气体浓度来对二氧化钛的粒径和晶型进行控制。从前期文献可见,当反应器火焰的温度在1000℃一1700℃范围内时,可制得粒径在12nm-29nm范围的二氧化钛,所含锐钛矿所占的比例在28%-75%,产量最高可达到20g/h。 Katzer等人将N2 ,CH4 ,Ar/TiCl4与氧气混合使其反应,且通过对电极电场的控制来调整火焰的温度和结构,进而控制纳米二氧化钛的粒径和晶型。 此方法制备的纳米二氧化钛具有小粒径、高纯度、良好的分散性和大的表面活性、较小的团聚现象等优点,但是此过程要求温度较高,工艺参数的控制要比较精确,且对设备材质的要求比较严格,生产成本相对较高。[3] 2.2 TiCl4气相氧化法

纳米二氧化钛制备方法

纳米二氧化钛制备方法 陈早明 郑典模 (南昌大学环境与化学工程学院 江西南昌330029) 摘 要 文章阐述了纳米二氧化钛粒子的制备方法,和各种制备方法的所具有的特点。并提出了目前制备方法所存在的一些不足之处。 关键词:二氧化钛 纳米 制备 1 引言 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒,它的尺寸大于原子簇,小于通常的微粉。通常,把仅包含几个到数百个原子或尺度小于lnm的称为“簇”,而把粒径在1—100nm之间微粒称为纳米粒子。当小粒子尺寸进入纳米量级时,其本身就具有了量子尺寸效应,小尺寸效应,表面效应和量子隧道效应,因而展现许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。而纳米二氧化钛(T i02)由于其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点。因此倍受关注,制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点之一。(1) 2 纳米二氧化钛的制备方法 纳米二氧化钛的制备方法可分为气相法和液相法两大类。 2.1 气相制备法 2.1.1 低压气体蒸发法(1) 此种制备方法是在低压的氩、氮气等惰性气体中加热普通的T i02,然后骤冷生成纳米二氧化钛粉体,其加热源有以下几种:(1)电阻加热法;(2)等离子喷射法;(3)高频感应法;(4)电子束法;(5)激光法,这些方法可制备lOOnm以下的二氧化钛粒子。 2.1.2 活性氢—熔融金属反应法 含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧,使金属熔融,电离的N2,Ar等气体和H2溶入熔融金属,然后释放出来,在气体中形成了金属的超微粒子,用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米二氧化钛微粒。 2.1.3 溅射法(1) 此方法是用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar 气,两电极间施加的电压范围为0.3—1.5kV。由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成。在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,靶上的T i02就由其表面蒸发出来,被惰性气体冷却而凝结成纳米T iO2粉末,粒度在50nm以下,粒径分布较窄。 2.1.4 流动液面上真空蒸发法 用电子束在高真空下加热蒸发T iO2,蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上,通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜,含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面,然后在真空下进行蒸馏获得T iO2超微粒子。 2.1.5 钛醇盐气相水解法(2) 该工艺最早是由美国麻省理工大学开发成功的,可以用来开发单分散的纳米T iO2,其反应式如下: nT i(0R)4,+2nH2O(g)————>nT iO2(s)

银纳米粒子的合成和表征实验报告

银纳米粒子的合成和表征 一、实验目的 1、学会还原法制备银纳米粒子的方法; 2、熟练掌握TU-1901紫外分光光度仪测量吸收光谱; 3、锻炼实验操作能力以及根据实验现象分析原理,独立思考能力。 二、实验原理 1、化学还原法制备纳米银: 2KBH4+2AgNO3+6H2O→2Ag+2KNO3+2H3BO3+7H2↑ (反应开始后BH4-由于水解而大量消耗:BH4-+H++2H2O→中间体→HBO2+4H2↑) 还原法制得的纳米银颗粒杂质含量相对较高,而且由于相互间表面作用能较大,生成的银微粒之间易团聚,所以制得的银粒径一般较大,分布很宽。 2、TU-1902双光束紫外可见分光光度仪 测量原理:由于银纳米粒子的粒度不同,对于不同波长的光有不同程度的吸收,根据其吸收特性,即最大吸收峰对应的波长,可以判断粒子的大小。 银纳米粒子平均粒径与λmax: 平均粒径/nm <10 15 19 60 λmax/nm 390 403 408 416 三、实验仪器与试剂 仪器:电子分析天平、磁力搅拌器、量筒(5mL)、烧杯(一大一小)、移液管(5mL)、容量瓶(50mL)、比色管(50mL)、TU-1902双光束紫外可见光谱仪、滴管、洗瓶、洗耳球、手套等。 药品试剂:1mmol/L AgNO 3溶液、KBH 4 (固体)、蒸馏水、冰块等。

四、实验步骤、实验现象及数据处理 1、配制1.5mmol/L KBH4溶液 (1)减量法称取0.04gKBH4固体于小烧杯中,少量蒸馏水溶解,转移至 50mL容量瓶中,用蒸馏水洗涤并将洗液转移至容量瓶中(重复3次),用蒸馏水定容至刻度线,摇匀。得15mmol/L KBH4溶液。 (2)用移液管移取上述溶液5mL至50mL比色管,用蒸馏水定容至刻度线,摇匀。得1.5mmol/L KBH4溶液。 实验数据:m(KBH4)=22.6177g-22.5792g=0.0385g c1(KBH4)=m/(MV)=0.0385g/(53.94g/mol×50mL)=14.3mmol/L c(KBH4)=c1V1/V2=(14.3mmol/L×5mL)/50mL=1.43mmol/L 2、制备纳米银: 量筒移取15mL1.5mmol/L KBH4溶液于烧杯中,放入磁子,在冰浴、搅拌条 溶液,继续搅拌15min。 件下,逐滴加入2.5mL1mmol/LAgNO 3 现象:开始滴加AgNO 后溶液变黄,之后颜色逐渐加深,一段时间后变成黄 3 棕色。 3、银纳米粒子的表征 (1)测量银纳米粒子的吸收曲线: 光谱测量→设置测量参数→基线测量(蒸馏水)→样品测量→导出数据(得表1): 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 500 0.716 430 0.903 360 0.877 495 0.721 425 0.939 355 0.837 490 0.727 420 0.972 350 0.794 485 0.733 415 1.013 345 0.753 480 0.74 410 1.03 340 0.712

纳米ZnO的制备及表征

化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称:纳米ZnO的制备及表征. 年级:2015级材料化学日期:2017/09/20 姓名:汪钰博学号:222015316210016同组人:向泽灵 一、预习部分 1.1氧化锌的结构 氧化锌(ZnO)晶体是纤锌矿结构,属六方晶系,为极性晶体。氧化锌晶体结构中,Zn原子按六方紧密堆积排列,每个Zn原子周围有4个氧原子,构成Zn-O4配位四面体结构,四面体的面与正极面C(00001)平行,四面体的顶角正对向负极面(0001),晶格常数a=342pm, c=519pm,密度为5.6g/cm3,熔点为2070K,室温下的禁带宽度为3.37eV. 如图1-1、图1-2所示: 图1-1 ZnO晶体结构在C (00001)面的投影 图1-2 ZnO纤锌矿晶格图

2 氧化锌的性能和应用 纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1- 100nm 之间, 由于粒子尺寸小, 比表面积大, 因而, 纳米ZnO 表现出许多特殊的性质如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、能吸收和散射紫外线能力等, 利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、杀菌、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。同时氧化锌材料还被广泛地应用于化工、信息、纺织、医药行业。纳米氧化锌的制备是所有研究的基础。合成纳米氧化锌的方法很多, 一般可分为固相法、气相法和液相法。本实验采用共沉淀和成核/生长隔离技术制备纳米氧化锌粉。 3 氧化锌纳米材料的制备原理 不同方法制备的ZnO晶形不同,如: 3.1共沉淀和成核/生长隔离法 借助沉淀剂使目标离子从溶液中定量析出是材料制备领域液相法的重要技术。常规共沉淀制备是将盐溶液与碱溶液直接混合并通过搅拌的方式实现,由于混合不充分,反应界面小、存在浓度梯度、反应速度和扩散速度慢,先沉淀的粒子上形成新沉淀粒子,新旧粒子的同时存在,导致粒子尺寸分布极不均匀。使合成材料的粒子尺寸和均分散性能受到很大影响,其

金纳米粒子的制备及表征研究

金纳米粒子的制备及表征研究 8四川化工第14卷 2019年第3期 金纳米粒子的制备及表征研究 王静 易中周 李自静 (红河学院理学院,云南蒙自,661100) 摘要 以氯金酸为原料,柠檬酸钠为保护剂,成功制备出金纳米粒子,并应用透射电镜和紫外 可见分光光度计对该实验样品进行了表征,结果表明此类纳米粒子尺寸均匀、呈球形单分 散分布。 关键词:纳米金 制备 表征 1 引言 金纳米粒子的制备已经报道了许许多多的方法,其中以柠檬酸盐做稳定剂和还原剂的 化学合成是最为经典的。控制Au(III)和柠檬酸盐的比例,Frens获得了不同尺寸的单分散 金纳米粒子,最小粒径为12nm。这一方法目前已经被广泛使用。由于柠檬酸盐稳定的Au纳米粒子无细胞毒性,在生物医学领域中具有广泛的应用。另一方面,人们为获得单分散或更 小尺寸具有生物相容性的胶体金纳米粒子,使用壳聚糖、多巴胺、氨基酸、环糊精等做稳 定剂和表面修饰的制备研究也有报道[1-4]。此类报道主要是针对体系中的保护剂做改变, 方法类似,但是所制备金纳米颗粒尺寸不是很均匀,分散性较差。 采用柠檬酸钠水溶液体系制备Au纳米粒子,不用加入制备纳米金胶体时常用的高分子 聚合物保护剂PVA(聚乙烯醇)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)等,并且柠檬酸钠对人体无毒副作用。在本研究中提出了一种简单的Au纳米粒子的化学制备方法。通过对胶体溶液UV Vis吸收 光谱和粒子的TEM表征,获得了良好球形和单分散的金纳米粒子,并且尺寸比其他文献所报 道的小,平均粒径只有7-8nm。同时对金纳米粒子成核机理进行了探讨。 [5] 2 1 试剂与仪器

HAuCl4溶液:用王水溶解99 99%纯金制备;柠檬酸钠(分析纯,天津市化学试剂一厂); 水为石英蒸馏器蒸馏的二次水。 仪器:Lambda900UV/VIS/NIR光谱仪(Per kinElmer公司);JEM 2000EX透射电子显微镜。 2 2 Au纳米粒子制备 在100mL烧杯中加入30mg柠檬酸钠水溶液,将其加热至95 ,然后将2ml0 6mg/mlHAuCl4加入水中,保持温度并定容,30分钟后冷却。2 3 纳米粒子的表征 Au纳米粒子用UV Vis吸收光谱表征和TEM表征,TEM的样品制备是将胶体溶液滴在碳 膜覆盖的铜网上,溶液挥发至干,然后在操作电压200kV时摄取TEM图像。 3 结果与机理探讨 3 1 UV Vis吸收光谱表征 当将HAuCl4加入到柠檬酸钠溶液时,溶液的颜色迅速的变成蓝色,随着加热时间增长, 又变为紫色,最后变为红色。当为红色时纳米Au胶体溶液已制备结束。 12 实验部分 第3期金纳米粒子的制备及表征研究粒子的UV Vis吸收光谱图[5,6]。3 2 TEM表征图2为柠檬酸钠水溶液体系所制备的Au纳米粒子的TEM 图。 9 柠檬酸钠还原为Au单质;然后,Au单质在柠檬酸钠保护下进行团聚和不断长大,最后成为Au纳米粒子,但是柠檬酸钠阻止了Au纳米粒子的进一步团聚,控制了较小粒径,并使其 颗粒均匀并呈球形分布。 图3 柠檬酸钠水溶液体系金纳米粒子的热化学合成机理 3 结论 通过较为严格温度控制的柠檬酸钠水溶液体系制备得到的Au纳米粒子: (1)尺寸均匀; (2)呈球形单分散分布;(3)平均粒径只有7-8nm。 参考文献 [1]Marie ChristineDaniel,DidierAstruc.GoldNanoparticles:As sembly,SupramolecularChemistry,Quantum Size RelatedProper

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试

成绩西安交通大学化学实验报告 第页(共页)课程无机化学实验实验日期:年月日专业班号__ __组别____________ 交报告日期:年月日 姓名_ _学号报告退发:(订正、重做)同组者____________次仁塔吉______ __ 教师审批签字: 实验名称纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试 一、实验目的 1.了解制备纳米材料的常用方法,测定晶体结构的方法。 2.了解XRD方法,了解X-射线衍射仪的使用,高温电炉的使用 3.了解光催化剂的(一种)评价方法 二、实验原理 1.纳米TiO2的制备 ①纳米材料的定义:纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于100nm的材 料。 纳米材料由于其组成粒子尺寸小,有效表面积大,从而呈现出小尺寸效应,表面与界面效应 等。 ②纳米TiO2的制备方法:溶胶凝胶法,水热法,火焰淬火掺杂法,阳极氧化法,电泳沉积 再阳极氧化法,高温雾化法,溅射法,光沉积法,共沉淀法。 本实验采取最基本的,利用金属醇盐水解的方法制备纳米TiO2,主要利用金属有机醇盐能 溶于有机溶剂,且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。 该方法的优点:①粉体的纯度高,②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。

③制备原理:利用钛酸四丁酯的水解,反应方程如下 ()()4924944Ti OC H 4H O Ti OH 4C H OH +=+ ()()4924944Ti OH Ti OC H TiO 4C H OH +=+ ()()2244Ti OH Ti OH TiO 4H O +=+ 2. TiO 2的结构及表征 我们通过实验得到的TiO 2是无定形的,二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构: A :板钛矿 B :锐钛矿 C :金红石 无定形的TiO 2在经过一定温度的热处理后,会向锐钛矿型转变,温度更高会变成金红石型。我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。 纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大,由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位,能产生较多的氧空位来捕获电子,所以具有较高的活性;而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO 2,晶化态较好,所以几乎没有光催化活性。 多晶相样品根据XRD 测试获得XRD 图谱。根据图谱的衍射角度对应的峰,我们可以测定各晶相的含量。【用晶相含量百分比表示】(其中20-25为金红石型的特征衍射峰,25-27为锐钛矿型的特征衍射峰) 100%= ?+A A A R A C A A

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