浅谈纳米二氧化钛
纳米二氧化钛(Ti0
2
)是一种重要的无机功能材料，由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质；其晶体具有防紫外线、光吸收性好、随角异色效应和光催化等性能；而且它的耐候性、耐用化学腐蚀性和化学稳定性较好，因此纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、太阳能电池、有机污染物降解、涂料等领域。但纳米二氧化钛也有一定的局限性，可在纳米二氧化钛中添加合适的物质（如树脂、聚苯胺、偶联剂、氟碳树脂等），对其进行改性。
1. 纳米TiO
2的制备（纳米TiO
2
溶胶）
纳米TiO
2的制备方法一般分为气相法和液相法。由于气相法制备纳米TiO
2
有诸多缺点如:能耗大、成本高、设备复杂等，且条件苛刻,大大限制了其发展。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、微波感应等离子体法等制备技术。而液相法能耗小、设备简单、成本低,是实验室和工业上广泛使用的制备方法。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，在此仅介绍用溶胶-凝胶法制备纳米TiO
2
溶胶。
溶胶一凝胶法制备纳米TiO
2：是以钛的醇盐Ti(OR)
2
，(R为-C
2
H
5
、-C
3
H
7
、-C
4
H
9
等烷基)为原料。其主要步骤为：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时失去水和失醇缩聚反应，生成物聚集成1nm左右的粒子并形成溶胶；经陈化、溶胶形成三维网络而成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米TiO
2
粉体。因为钛醇盐的水解活性很高，所以需添加抑制剂来减缓其水解速度，常用的抑制剂有盐酸、醋酸、氨水、硝酸等。但在制备过程中要注意加水方式、水量、pH值、溶剂量、反应温度、拌速度等因素对凝胶形成的影响。
图1 溶胶一凝胶法合成纳米Ti0
2
的工艺流程
2. 纳米TiO
2
的光催化的基本原理
TiO
2
之所以能够成为一种很好的光催化剂,是由于其特有的能带结构造成的。
TiO
2
满的价带和空的导带之间的禁带宽度(金红石型为3.0 eV,锐钛型为3.2 eV),当吸收了波长小于或等于387.5nm的光子后,它吸收的光子能量大于禁带宽度时,价带中的电子就会被激发到导带,在导带形成高活性的电子(e-),同时在价带相
应产生一个带正电的空穴(h+),即生成电子-空穴对。TiO
2
表面的空穴可以和吸附的水分子或羟基等发生一系列反应:
TiO2 + hv → h+ + e-
H2O + h+ →·OH + H+
O2 + e- →·O2-
·O2- + H+ → HO2·
2HO2·→ O2 + H2O2
H2O2 +·O2- →·OH + OH- + O2
有机物+·OH + O2→ CO2 + H2O + 其他产物
生成的羟基自由基(·OH),超氧离子自由基(·O
2
-)具有很强的氧化分解能力,能够
将大部分有机物直接氧化为CO
2、H
2
O和机矿化小分子。
3. 纳米TiO
2
的表面性质3.1 表面超亲水性
目前的研究认为,在光照条件下,TiO
表面的超亲水性起因于其表面结构的
2
表面迁移,在变化在紫外光照射下,价带电子被激发到导带,电子和空穴向TiO
2
表面生成电子空穴对,电子与Ti4+反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正
三价的钛离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附
水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。
3.2 表面羟基
中Ti-O键的极性较大，表面吸附的水因极化相对于其它金属氧化物，TiO
2
作为吸附剂及各种载体的发生解离，容易形成羟基。这种表面羟基可提高TiO
2
性能，为表面改性提供方便。
3.3 表面酸碱性
二氧化钛用于涂料时，其表面酸碱性与涂料介质密切相关。在改性时常加入
Al、Si、Zn等金属氧化物，以形成新的酸碱点。
3.4 表面电性
在干粉状态通常带有静电荷，在液态介质中因表面带有电荷就会吸附相 TiO
2
反的电荷而形成扩散双电层，使颗粒有效直径增加，当颗粒彼此接近时，而使双
电层间的斥力增加，有利于分散体系的稳定。
4. 纳米TiO2改性及其在涂料中的应用
4.1纳米TiO2改性
纳米TiO
表面活性强、颗粒间易发生团聚，又由于其表面疏油亲水性能，2
的禁带较宽（3.2eV），只导致在有机物介质中分散不均匀；其次，纯纳米 TiO
2
在紫外光照射下才有光催化活性，没有可见光光催化活性，以及太阳光利用率低
等缺点，其应用与功能受到制约。因此需要对 TiO
进行改性，以降低表面高能
2
的光谱响应范围，从而使材料产生新的功能，增加材料的附用价值。和增加 TiO
2
4.1.1 无机改性
无机表面改性就是在二氧化钛浆液中添加无机物改性剂，在适当的 pH 下，
使改性剂的金属或非金属离子以氢氧化物或水合氧化物的形式均匀沉积在二氧
化钛颗粒的表面，形成包膜。由于二氧化钛本身有很强的光化学活性，在阳光照
射下，特别是紫外线照射下易发生失活、黄变、粉化等现象，进而影响其使用性
能。当在二氧化钛表面包覆一层无机物后，其抗粉化性、保色性、耐候性和光化
学稳定性得到提高，黄变、粉化等现象得到明显的改善。铝和硅是最常见的无机物改性剂。
4.1.2 有机改性
有机处理剂和TiO
2
颗粒表面的连接主要有两种形式。一种是物理吸附。因为有机表面活性剂分子一般由亲水的极性基和亲油的非极性基两部分组成,当它
和有极性的TiO
2分子接触时,它的极性基便被吸附在TiO
2
表面,让非极性基展露
在外与其他有机介质亲和,从而使界面张力降低,促使有机介质渗入聚集在一起的颗粒中,而将空隙中的空气排斥,使TiO
2
颗粒相互分离,达到分散的效果。另一
种方式是化学键合,即处理剂与TiO
2表面的羟基反应而连接起来,使TiO
2
变为憎
水而亲油，改善了二氧化钛与有机介质的相容性。其中最常用的方法有偶联剂法、表面活性剂法和聚合物包覆等，用于纳米二氧化钛表面改性的有机处理剂有胺类、酯类、脂肪酸碱金属盐、多元醇、偶联剂等。
4.1.3 复合改性
为了提高包膜处理的效果,使用两种或多种包膜剂来进行复合表面包覆。复合包膜方法有无机复合包膜、无机-有机复合包膜。其中无机复合包膜的方法有硅铝复合包膜、硅锌复合包膜、硅锆复合包膜等。以硅铝复合包膜为例,将铝和硅的化合物包覆在纳米二氧化钛颗粒的表面,则产品就会同时具有单独用硅和单独用铝两种包膜方法所得产品的优点。
4.2 纳米TiO
2
在涂料中的应用
纳米TiO
2
涂料外观为白色液体。在紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、
污染物、臭气、细菌、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO
2和 H
2
O，并具
有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。由于纳米TiO
2
具有随角异色效应、光催化作用、紫外线屏蔽特征，其主要应用于汽车面漆、净化空气涂料、耐老化涂料及自清洁内墙涂料。但由于二氧化钛光催化涂料强烈的氧化作用,用于普通涂料的树脂会很快地被分解而失去作用，所以光催化涂料用的粘合剂必须是无机粘合剂或者是原子间结合力极强的硅氧基树脂、氟碳基树脂等。
5. 纳米TiO
2
在绝缘子防污闪涂层中的应用
相关研究证明绝缘子污闪的三个要素是绝缘子表面积污、污层湿润和作用电压。在后两个条件不可改变的情况下，绝缘子表面积污是一个关键问题，如果采取一定的技术措施，防止在绝缘子表面造成积污或者少积污，就能达到防止污闪的目的。
纳米TiO
2的防污闪机理（以绝缘子为例）：纳米TiO
2
的亲水性和疏水性是一
对矛盾，但它们是在不同的自然环境里表现出来的，所以恰好被利用。在毛毛雨、
雾、霜等气象条件下，由于纳米结构的TiO
2
薄膜不被阳光照射，表现出憎水性，就象荷叶表面，使微小的水滴变成水珠，在绝缘子表面构成高电阻相串联的放电
模型，使泄漏电流限制在安全范围内，不会造成闪络。纳米TiO
2
在光照条件下表现的是亲水性，而绝缘子清扫作业都在晴天进行，在此条件下绝缘子表面的无机物会很容易被去除，有机物因光的催化作用被分解，也很容易被冲走或洗掉。
因此，可通过在绝缘子表面制备一层纳米结构的TiO
2
，薄膜的方法，利用其光分解作用、憎水性和半导体特性，改善绝缘子的表面状况，提高瓷质绝缘子的抗污染能力，进而减少因污闪造成的停电事故。
目前广泛使用的防污闪涂料是RTV(室温硫化硅橡胶)，但R1V硅橡胶表面能低，附着力差，涂层材质较软，机械强度差，在酸碱催化下易于水解，耐化学酸碱及有机溶剂能力较差，有机材料易老化，电气性能和机械性能都会随着运行时间而逐渐下降，这种性能上的下降不可恢复，尤其在特高压直流电网条件下，R Ⅳ硅橡胶涂料更会面临一些问题，因此对防污闪涂层性能提出了更高要求。而有
关研究利用TiO
2的光分解作用、超亲水性和半导体特性,将纳米TiO
2
应用于绝缘
子的防污闪涂料中，改善了绝缘子的表面状况，提高瓷质绝缘子的抗污染能力。
纳米TiO
2通过吸收太阳光紫外光，纳米TiO
2
的光催化功能使得附着在材料表面
的污染物分解为无毒无害的CO
2和H
2
O（污染物为碳氢化合物。若污染物为其他
化合物，则可将其还原为离子状态）。而超亲水性使得污染物不易在其表面附着,
即使附着也是和外表层的水膜结合,附着的污染物在外力(如风力、雨水等)的作用下,能自动从TiO
2
表面脱离下来,使绝缘子能够常年保持表面的自洁净，从而
达到防污秽及防污闪的功的目的。此外，周永言等人于2015年研究了TiO
2
／PTFE 改性氟碳防污闪涂层材料，他们采用表面改性后的金红石型纳米 TiO2与 PTFE
（聚四氟乙烯）作为复合填料，将其与氟碳树脂(FEvE)结合，制备具有防污闪性能的纳米复合氟碳杂化材料，用压缩空气喷涂法将其涂覆在玻璃绝缘子基底表面形成氟碳防污闪涂层。
6. 结语
纳米TiO
2
作为一种新型的环境材料,在绿色环保方面有巨大的应用潜力。相
信随着科技进步将不断完善纳米TiO
2表面修饰技术,开发研制纳米TiO
2
改性材料,
纳米TiO
2
必将应用于生活空间的多种场合,发挥其多功能效应,成为一种极其重要的环保材料。
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编辑本段
编辑本段应用特性 纳米TiO2的功能及用途 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 2.1.杀菌功能 在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。 1）纳米二氧化钛抗菌特点： 1 对人体安全无毒，对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强，抗菌范围广。 3 无臭味、怪味，气味小。 4耐水洗，储存期长。 5热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质。
6即时性好，纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果，而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性，科用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。 2）纳米二氧化钛的抗菌原理： 纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电 子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e —— + h H2O + h——·OH+ H O2 +e——O2 · O2 ·+ H——HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O2 · ——·OH+OH +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。 惠尔牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性，抗菌能力强，产品易于分散。经试验表明，惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力，已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品，深受广大用户的欢迎。 3）国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂：日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子，可用于土壤中，对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子，并在含有相同离子的催化剂作用下，具有使土壤中的氧活化之功能，该功能能持续时间长达2-5年。
1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分 1.1 方法 利用X射线衍射仪得到XRD图谱进行分析 1.2用到的仪器 X射线衍射仪 X射线产生原理： 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高 1.2.1 X射线管的结构 阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。 阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。阳极需要水强制冷却。 窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收 较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片 X射线管中心焦点
在X射线衍射中，总希望有较小的焦点（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时间）。 一般采用在与靶面成一定角度的位置接受X射线，这样可以达到焦点缩小，X射线相应增强的目的。 1.2.2 X射线特点
1.2.3理论基础：布拉格方程 1.2.4具体方法 用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。 只有满足Bragg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变λ,要连续改变θ。： ?用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变θ,以满足 Bragg方程。试样要求：粉末，块状晶体。 ?特点：试样容易获得，衍射花样反映晶体的全面信息。
粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族{HKL}的倒易点，形成－相应倒易矢量ｇＨＫＬ为半径的倒易球。一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，则相应的衍射线束分布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。 1.2.5 两者结构分析 晶胞结构的不同 金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。金红石型二氧化钛晶格结构致密，比较稳定，光化学活性小，因而耐久性由于锐钛型二氧化钛。另外，金红石型二氧化钛晶体结构是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱相连，这比锐钛型二氧化钛八面体的形式体积更小、结构更密，因而硬度和密度增大，介电常数和导热性增加，所以耐候性好，不易粉化 (a)金红石型 (b)锐钛型 金红石型和锐钛型晶胞中TiO2分子数分别是2和4。晶胞参数分别是：金红石型a：4．593A，c=2．959A；锐钛型a=3．784A，c=9．515^。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
钛白粉的使用 基于钛白粉具有折射率高，消色力强，遮盖力大，耐候性好，分散性强，光泽好，物理与化学性能稳定等许多优异的特性，所以是用量最大，质量最好，应用最广的白色颜料。是电子、化工、轻工和冶金等行业中不可缺少的原料，是一种重要的化工产品，具有广泛的应用前景。 （一）、在涂料上的应用 涂料是由颜料、油料、漆料（树脂）、溶剂和催干剂等组成的粘稠悬浮液，它涂布在物体表面受空气的氧化和溶剂的挥发而形成一层坚韧的涂膜，对物体起到装饰和防护的作用。涂料中的颜料，不但使漆膜呈现不同的色彩，达到美观和装饰外，它还可以增强漆膜的机械强度和附着力，并且能防止紫外线及水分等的穿透，使漆膜本身推迟了老化作用，延长了使用寿命。 颜料中白色颜料用途最广，白色漆和浅色漆都要用到它，所以在造漆中，白色颜料的用量比其他颜料多得多，能用于造漆的白色颜料常为锌白、锌钡白和钛白粉等。由于涂料工业品种的发展，出现合成树脂涂料，其聚合度较大，如加入锌白，则因锌白有碱性，与涂料中的游离脂肪酸作用，而有变稠的倾向；如加入锌钡白，则耐候性差。但采用钛白，就可以改善以上的缺点，因为钛白粉的粒子细小而均匀，光化学稳定性高，遮盖率比锌白、锌钡白大二倍以上，消色力大5~6倍，因此可以大大降低整个漆料中颜料的用量，同时制成的漆颜色好，不易泛黄，并且有耐热性和耐酸、耐硫、耐碱等化学稳定性，特别是金红石型钛白粉，其结构稳定，耐候性比锐钛型好，能耐紫外线的照射，在室外不会粉化等优点，因此适用于高度耐候性的各种高级船舶、桥梁、汽车、建筑等室外涂料。而锐钛型钛白粉一般只用于室内涂料。由此可见，钛白粉已成为涂料生产中必不可少的白色颜料。世界上大约有60％以上的钛白粉用于各种涂料的生产。 （二）、在塑料上的应用 塑料是树脂、增塑剂、填料和着色剂的混和物，它具有质轻、耐腐蚀、耐摩擦、机械性能高、电绝缘性好、易于加工、美观等特点，可以作结构材料、绝缘材料和耐腐蚀材料，在国民经济各部门、军事工业和尖端科学技术中得到广泛的应用。 为了使塑料具有美观的色彩，常在塑料中加入一定量的色料。对色料的要求是在加工过程中易于着色和分散，并与塑料中的其他成分不起化学反应。由于钛白粉的白度高，消色力大，具有良好的不透明度和化学稳定性，用钛白粉代替立德粉，白色颜料的用量可降低2~3倍所以制造白色或彩色塑料的必需的着色填充剂，是最优良的白色颜料。当它和其他颜料配合使用，能形成美丽鲜艳的色彩，由于玩具和食品用具是无毒的。 （三）、在油墨上的应用 油墨是由色料、填料、助剂和展色剂等所组成的一种粘性流体。目前印刷报纸、书籍、画片和印铁、印金属、印瓷、印橡胶、印塑料和印无线电半导体的电路板都离不开油墨。由于钛白粉具有遮盖力大、消色力高、颗粒细、耐稀酸稀碱、耐光、耐热、不易泛黄、憎水性好、流动性小、不溶于展色剂且能均匀分散在展色剂中，所以是高级白色油墨和浅色油墨不可缺
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
纳米二氧化钛的现状与发展 作者：未知时间：2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 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。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。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。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 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
二氧化钛后处理及设备 （一）二氧化钛的制浆、分散、湿磨和分级 氯化法氧化工序的半成品粒度已经很细，不需要进行前粉碎。硫酸法经回转窑煅烧后的产品首先要经过磨细才能充分发挥湿磨机的作用。国内几家大的硫酸法钛白粉厂前粉碎基本上都是采用雷蒙磨来实现的（见表1）。 表1 雷蒙磨的具体设备情况 公司名称型号来源 核工业部华原公司雷蒙磨R5M 从德国进口 攀渝钛业雷蒙磨R5M — 裕兴钛白粉厂雷蒙磨R5M — 河南漯河4R、5R雷蒙磨国产 国产的雷蒙磨在质量和使用寿命上远远赶不上进口雷蒙磨，其使用10年以上仍然完好。配备有自动控制的DCS控制系统，以提高研磨效率。 磨细的物料通常由螺旋计量器加到制浆罐中。制浆用脱盐水作稀释剂，进行充分搅拌，固相浓度（质量）25%-30％。制浆的同时加人分散剂，调整pH值至9-12可达到最佳分散效果。此时要求体积电阻率不低于20000Ω·cm,若有可能可用黏度计检测，到黏度最低时为最好，以便湿磨效果充分发挥。 分散剂的种类很多，通常分为有机分散剂、无机分散剂。 有机分散剂主要是烷醇胺类和多元醇（即常用的有三乙醇胺）、二异丙醇胺、山梨糖醇、甘露糖醇等；无机分散剂主要是六偏磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、碳酸二氢铵、偏硅酸钠等。通常使用六偏磷酸钠和偏硅酸钠最多。六偏磷酸钠对微细分散体中的固体粒子有很强的分散作用，因为它是一种直链的多磷酸盐玻璃体，其中n为20-100能与分散介质中钙、镁、亚铁等金属离子生成可溶性的配位化合物，起到遮蔽多价阳离子，防止这些带正电荷的离子与带负电荷的二氧化钛产生电中和而凝聚在一起，其分子结构式如下。 氯化法钛白浆料pH值为2. 3左右，呈酸性。大多数工厂都采用偏硅酸钠作分散剂调整pH值达到9-11，以达到最佳分散效果。作分散剂的偏硅酸钠又是包硅膜的一部分，在定量加人后，尚未达到最佳pH值时，可以加人离子膜碱液协助调整pH值到达终点。 近几年，国内金红石型钛白粉产品的产量和产能扩大，进入市场后的信息反馈使生产厂家逐渐认识到，分散单元在后处理中是非常重要的工序，分散的好坏直接影响到湿磨后浆料分级的效果，特别是影响包膜的质量。分散不好，再好的包膜配方也不能生产出满足用户要求和使用性能优良的产品，所以分散的作用应该引起人们充分重视。 分散操作要非常重视以下几种影响分散的因素：①前工序产出的二氧化钛粒度和形态；②制浆的水质要好，选用去离子水，体积电阻率不低于20000Ω·cm;③浆液的pH值是控制分散好坏的重要条件，根据后处理的情况，可以通过小型试验确定最佳pH值（通常为9-11）；④分散剂的选择和用量，也可以通过工业实践确认，通常用量不超过粉料量的1％；⑤浆液的浓度要合适，通常浆液中固体物料为600-1200g/L;⑥分散罐的力学性能如机械搅拌的强度等。 湿磨是后处理中一道重要的工序，不仅硫酸法需要，氯化法也同样需要，国外大型氯化法工厂湿磨的环节往往是一点不能忽视的。湿磨与水选法比较，为获得粒度细而均匀的浆料，在相同的条件下湿磨生产能力是水选法的1. 5-2. 0倍。 湿磨的作用就是进一步磨碎在上道工序产生的聚集粒子、附聚粒子和絮凝粒子。因其粒子间的结合力非常弱，很容易通过机械研磨的方式把它们打开，在分散剂的作用下，可防止它们再聚凝在一块。这样可使一些较粗大的粒子经研磨达到具有应用性能的粒度范围（一）。 湿磨设备主要包括球磨机、振动磨、砂磨机。由于前道工序的进步，金红石型产品的湿磨设备主要选用砂磨机。它是用途较广泛的亚微米级的湿磨设备，就研磨细度而论仅次于胶体磨。
·二氧化钛制造过程【工艺流程】二氧化钛的制造过程二氧化钛颜料的制造有两种生产工艺：硫酸法和氯化法。R型二氧化钛和A型二氧化钛均可由任一种过程来生产。目前杜邦只使用先进的氯化法工艺来生产。 图19的流程图以简化形式说明生成二氧化钛中间体的两种加工程序。图19的下半部说明最后处理操作，此操作适用于两种制造方法。 硫酸法在1931年商业化，先是生产A型二氢化钛(A—Type)，后来(1941年)生产R型二氧化钛(R—Type)，在这种方法中，含钛的矿砂溶于硫酸中，产生钛的溶液及铁和其他金属的硫酸盐。然后经过一连串的步骤，包括化学还原、纯化、沉淀、洗涤、燃烧。最后产生颜料大小的二氧化钛中间体。A型二氧化钛和R型二氧化钛硅晶体结构是由核晶过程和燃烧过程控制的 FeTiO3十2H2SO4 TiOSO4十FeSO4十2H2O TiOSO4十H2O TiO2十H2SO4 氯化法大约是在1950年由杜邦公司商业化的，只用于生产R型二氧化钛。自从1975年以来，亦已用于生产A型二氧化钛了。这个方法包括两个高温无水蒸汽相反应。钛矿和氯气在还原条件下发生反应，生成四氯化钛和金属氯化物杂质，杂质随后清除。 然后，将高纯度的四氯化钛征高温下氧化，生成非常光亮的二氧化钛中间体。利用氯化法中的氧化阶段能够严格控制粒子的大小和晶体类型，能生产有高覆盖能力和着色强度的二氧化钛。 2FeTiO3十7Cl2十3C 2TiCl4十2FeCl3十3CO2 TiCl4十O2 TiO2十2Cl2 在硫酸法和氯化法两种方法中，中间产品都是颜料粒子的成簇二氧化钛晶体，这种成簇品粒必须加以分离(研磨)以得到最佳光学性能。根据最后用途的要求，采用各种湿加工方法来改良二氧化钛，包括硅、铝或锌的水合氧化物征颜料粒子表面上沉淀，可以使用个别的水合氧化物处理法或不同处理法的组合，以获得特殊用途上的最佳性能。 制造二氧化钛颜料的重要问题足钛矿的供应，虽然钛的蕴藏量列在前十名元素之中，但它在自然界中却以低浓度广泛地分布，需要提高采矿和矿物加工操作的效率，以满足制造二氧化钛的经济要求。杜邦公司的业务范围是世界性的，可保证对自己几个生产工厂有源源不断供应含钛浓缩矿物。
【原创】纳米二氧化钛的现状与发展 纳米二氧化钛的现状与发展（上） 魏绍东1，夏林胜2 (1.东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024；2.中国科学技术大学材料 科学与工程系，安徽合肥230026) 摘要：介绍了纳米二氧化钛生产的原料和几种制备方法。通过对国内外生产现状和特点的比较，提出了以硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛的工艺路线，并对工业化装置的规模、工艺方案以及存在的问题进行了介绍。 关键词：纳米二氧化钛；制备工艺；硫酸氧钛；工艺路线；均匀沉淀法 Current Situtation and Development of Nanometer TiO2 WEI Shao-dong1, XIA Lin-sheng2 (1.East China Engineering Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230024,China; 2.Department of Material Science and Engineering,University of Science and Technology of China, Hefei 230026,China) Abstract: This paper summarizes several manufacture methods and the raw material production of nanometer TiO2.Through the comparison of the characteristics and the present situation of the domestic and international production of nanometer TiO2,the technological route for the manufacture of nanometer TiO2 with TiOSO4 as the raw material is presented,process scheme the scale of commercial plant as well as existent problems are introduced. Key words: nanometer TiO2; manufacture technology; titanyl sulfate; technological route; homogeneous precipitation method 引言 自1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术国际会议以来，纳米材料科学作为一个相对独立的学科诞生了，此后，纳米材料引起了世界各国材料学界、物理学界和化学界的极大兴趣和广泛重视，很快形成了世界范围的“纳米热”。我国政府和有关部门也较早认识到纳米科技的重要性，并于积极地推动和财政支持。国家科委出台的“攀登计划”(1990～1999)中，就有纳米科技项目，并给予连续10年的专项支持；1999年，国家科技部又制定了“国家重点基础研究发展规划”(“973”计划)，其中安排了“纳米材料与纳米结构”项目；在国家“863”高技术计划中，也列有不少纳米材料的应用研究项目。 二氧化钛(TiO2)，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、
纳米二氧化钛的应用 纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越 受到人们的广泛关注和重视。抗菌材料纳米TiO2以其优异的抗菌性能成为开发研 究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、纺织品、日用品以及家用电器等各个领域。1、气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，均可有效地降解污染物，净化室内空气。利用纳米TiO2开发出来的一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx气体，而且薄板表面生成的HN03可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。2、抗菌除臭抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀能力。当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。3、处理有机污水工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物，尤其是工业污水中含有大量的有毒、有害的有机物质，这些污染物用生物处理技术很难消除。许多学者对水中有机污染物光催化分解进行了系统的研究，结果表明以TiO2为光催化剂，在光照的条件下，可使水中的烃类、卤代物、羧酸等发生氧化还原反应，并逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2和H2O等无害物质。4、处理无机污水除有机物外，许多无机物在TiO2表面也具有光学活性，例如无机污水中的Cr6+接触到TiO2催化剂表面时，能够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价有毒的Cr6+降解为毒性较低或无毒的Cr3+，从而起到净化污水的作用；一些重金属离子如Pt4+，Hg2+，Au3+等，在催化剂表面也能够捕获电子而发生还原沉淀反应，可回收污水的无机重金属离子。5、防雾、自清洁功能TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。阅读会员限时特惠 7大会员特权立即尝鲜 如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。 6、抗菌塑料 在日常生活中人们是离不开塑料制品的，如卫生间设施、桌面、垃圾箱、厨房用具、家用电器的塑料外壳、食品包装袋等等，由于温度、湿度合适，非常容易滋生感染细菌。因此!，对此类材料进行抗菌处理是极其必要的。 徐瑞芬等【2】 利用纳米TiO2作为无机抗菌剂，研制抗菌广谱长效的功能塑料。结果表明：采用锐钛矿
早在上世纪的时候，钛白粉就已经开始应用了，只是那个时候还是发展初期，并没有现在这么火，可是到本世纪初的时候钛白粉行业也出现了一些问题，面临着一些问题以及挑战：一方面原材料价格上涨，让很多的用户都接受不了，另一个就是市场竞争激烈，导致后来钛白粉行业呈下滑趋势。而到如今我国的整体行情非常不错、可观，下面我们一起来了解一下。 （钛白粉-图例） 【中国钛白粉行业的总体状况】 如今我国钛白粉的行业发展还是非常的可观的： 1.行业总产能和总产量 由于近15年国家经济持续高速发展，导致钛白粉市场的同步增长，其结果是行业出现一系列的扩产项目和业外加盟项目，使钛白粉的产能和产量持续快速上升。 2.产品结构明显优化 按照国际上颜料级钛白粉产品通行的结构比例，金红石型产品占85%~90%，锐钛型产品只占10%~15%。金红石型钛白粉用途最广，主要用于油漆/涂料、塑料、橡胶、油墨、装饰纸涂层等。而国际上锐钛型钛白粉只用于造纸(纸张纤维填充)、化学纤维消光，及少量的内用场合。
3.表观消费量 按照国际上通行概念，国内产量加上进口量，再除去出口量，即等于表观需求量，其含义在于“表观”，不等于“已经”被消费，有些可能仍在流通途径或在仓库。 4.关于钛白行业当前循环经济产业链状况 硫酸法钛白粉的最大弊端是“三废”排放量大，处理费用高，企业视此为沉重的“包袱”。如何将被动式变为主动式，发展市场化商品链，是钛白粉企业长远健康发展的根本。当前，行业在“三废”的处理和综合利用上已获得许多成就，出现多种所谓“联产法”清洁生产模式，其无疑对该企业具有积极意义。但这些“联产法”产业链都具有浓厚的企业或该企业所在地区的产业特色，有较强的局限性，短期内很难向行业普及和推广。 钛白粉是种典型的“两高一资”类产业，生产过程中排出大量的酸性废气(汽)、废水和废渣，不但对环境造成很大的破坏，对生产企业也是很大的负担。 近年来，随着环保政策的完善和环保理念水平的提高，钛白粉企业的环保状况有明显改进，绝大多数企业都建有环保装置并投入正常运行，实现废副达标排放。各企业因地制宜，创造出有鲜明企业或地区特色的所谓的清洁生产和循环经济产业链，包括“硫-钛”、“硫-磷-钛”、“硫-铁-钛”、“硫-铵-钛”等。 在废副产品商品化方面，各企业压力最大的首属废水废酸中和后所产生的污泥(红石膏)利用。虽然少
锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能 摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。 关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化 光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。 1.二氧化钛的结构 近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶 型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。 TiO2晶体基本结构——钛氧八面体有两种连接方式。如图3所示,分别为共边连接与共顶角连接。从图4[4]中可以看到锐钛矿中每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边，四个共顶角)。金红石中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边，八个共顶角)。 图1 金红石、锐钛矿和板钛矿的TiO6八面体结构
纳米二氧化钛研究现状【摘要】 本文简述了纳米TiO 2的常见应用，纳米级TiO 2 的优良性能，特备是化学稳定性 及热稳定性等方面性质。重点综述了纳米TiO 2 常见制备方法，例如溶胶—凝胶法、气相法、液相法等。并阐述纳米TiO2的光催化性质及应用前景。 【关键词】 纳米TiO 2 ；溶胶—凝胶法；气相法；液相法；光催化 【正文】 一、前言 二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。我们把粉体粒径小100nm 的粉体称作纳米粉体。纳米粉体具有宏观块材所没有的奇特性质，如量尺寸效应，宏观隧道效应等。这些奇 特的性质决定了纳米粉体的广阔运用前景。纳米粉体中纳米TiO 2 粉体目前在能源、化工、冶金、半导体材料、光催化材料、太阳能的储存与利用、光化学转换、 精细瓷等方面得到广泛应用，所以合成纳米TiO 2 已经成为人们广泛关注的热点。 纳米TiO 2 的制备方法有气相法、液相法。此两种方法各有其优缺点。气相法制 备的TiO 2 纳米粒径小，单分散性好但能耗大，成本较高。与气相法相比液相法 制备纳米TiO 2方法简单、易操作、成本低，但制备的TiO 2 纳米形貌不易控制。 本文综述了近年来制备纳米TiO 2 的常见方法，客观的分析和评价了各种方法的优缺点。 二、纳米TiO 2 的性能 纳米TiO 2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO 2 粉体有金红石、锐钛矿、 板钛矿等3 种晶型。其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。纳米TiO 2 化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水和稀酸，在一定 条件下微溶于碱和热硝酸，纳TiO 2热稳定性也比较好。纳米TiO 2 的一个显著特点 是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV， 当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+ 三、纳米二氧化钛的制备 制备纳米TiO2的方法很多。根据物质的原始状态可分为：固相法、液相法、气相法；根据研究纳米粒子的学科可分为：物理方法、化学方法、物理化学方法；根据制备技术可分为：机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、等离子体合成法、射线辐照合成法、溶胶—凝胶法等。 3.1等离子体法 等离子体法是通过激活载气携带的原料形成等离子体，再加热反应生成超微粒子的方法。以TiCl 4 为原料，氢气为载气，氧气为反应气体，应用频率为2450MHz 的微波诱导可合成有机膜包裹的TiO 2 。1992年，日本东北大学采用等离子体（ICP）喷雾热解法以Ti的氯化物为原料制得了Ti的氧化物的超微粉。等离子体喷雾法是利用等离子体喷枪能产生50000K高温的特点，将这种喷枪的喷出物急骤冷却而生成纳米级的超微粒子。
常见的钛白粉的生产工艺流程 硫酸法锐钛型钛白粉的工艺简述： 硫酸法生产钛白粉步骤1、钛矿粉碎 将购进的钛矿砂用雷蒙机或者风扫磨等粉碎成符合工艺要求的钛矿粉，并送到储存和计量钛矿粉的料仓。 硫酸法生产钛白粉步骤2、酸解 用浓硫酸分解钛矿，制取可溶性的钛的硫酸盐。钛铁矿的主要成分为偏钛酸铁（FeTiO3），是一种弱酸弱碱盐，可以用强酸把它分解。用过量的酸就能使反应进行到底。由于这个反应是一个放热反应，最高温度可以达到250℃，因此必须采用高沸点的酸--硫酸才能适应这一反应。在酸分解的过程当中，矿粉当中的各种杂质大部分也被分解，生成相应的可溶性硫酸盐，并在浸取的时候与钛的可溶性盐一起进入溶液当中，形成黑钛液。为了除铁，用金属铁把钛液中的高价铁还原成亚铁，同时，为了避免亚铁的再一次氧化，还必须用过量的金属铁把定量的四价钛还原成三价钛。 硫酸法生产钛白粉步骤3、沉降 酸解浸取、还原以后的体系是一个复杂的体系，含有可溶性杂质和不溶性的杂质。铁、钒、铬、锰等金属的硫酸盐为可溶性的杂质，在结晶或水解、水洗的过程中除去。不溶性杂质中的大多数，如未分解的钛矿、沙粒等靠重力的作用可以自然沉降除掉。不溶性杂质中的另一部分是硅和铝的胶体化合物，以及一些早期水解了的钛，虽然数量并不大，但具有很高的动力稳定性，需要另外加沉降剂，强化沉降澄清过程。 硫酸法生产钛白粉步骤4、洗渣 经过净化沉降后的泥渣中还含有大量的可溶性与不可溶性的钛，为保证收率，要通过用板框压滤机压滤的办法回收其中的大部分可以溶解的钛元素，不溶性钛和其他的未溶解杂质作为废渣排掉。 硫酸法生产钛白粉步骤5、结晶 结晶有两种方式：冷冻结晶和真空结晶。FeSO4溶解度受溶液的温度影响很大。因此，在组成一定的钛液中，FeSO4的溶解度随温度的降低而降低，本工序的主要目的就是使钛液的温度降低。 5.1 冷冻结晶是利用制冷介质(液氨或者氟利昂或者溴化锂等)的蒸发带走热量，使冷冻盐水温度降低，通过盘管换热，从而使钛液的温度降低下来，造成FeSO4 处于过饱和状态，过饱和的部分便以含七个结晶水的FeSO4?7H2O的形式结晶析出，同时带出部分结晶水，然后将其分离除去。 5.2 根据溶液绝热蒸发的原理，利用闪蒸的方式使钛液中的水分快速绝热蒸发，吸收钛液的热
The Use of Titanium Dioxide in the Process of Water Purification Valentina Smirnova, Olga Nazarenko and Alexander Ilyin Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Ave, Tomsk, 634050, Russia. vv_smirnova@https://www.doczj.com/doc/b58650316.html, Abstract – This paper relates to the problem of drinking water contaminants from soluble heavy metals. Proposed for sorption purification of water using titanium dioxide, which was synthesized by chemical and electrochemical methods. The synthesized products are nanostructured compounds x-ray amorphous and crystalline titanium dioxide. Adsorbed and crystallization water is removed by heating from sorbent to 110 °C in air. To stabilize the amorphous structure of the sorbent calcined at 600 °C. At the same time formed titanium dioxide, containing two crystalline phases: anatase and rutile. Sorption properties with respect to the soluble ions of Fe+2/Fe+3 and Mn+2 was investigated in static mode, using titanium dioxide powders synthesized in acidic, neutral and alkaline media. Pre-sorbents were subjected to activation by the action of ultrasound (22 kHz, 0.15 W/cm2). The best results were obtained using a titanium dioxide powder, which was synthesized in an alkaline environment. For practical use of sorbent needed to achieve two objectives: to transfer the sorbent powder into pellets with preservation of the active surface, resistant to water and to develop a system of regeneration of used sorbent. In this paper we studied the water resistance of granular titanium dioxide and how it can regenerate after purification. Keywords: water purification, titanium dioxide, ultrasound treatment, cavitation, IR spectroscopy, thermal analysis, the heavy metal impurities I.I NTRODUCTION Initial purification of drinking water is primarily from the use of mechanical methods in which the sorption loading are: quartz sand, charcoal, activated carbon and some of minerals. This gives rise to secondary contamination, related to the leaching them from the sorbent. Water treatment with chemical sorbents is a new promising direction in obtaining large amounts of clean drinking water. In this regard, chemically inert to leaching and promising sorbent is titanium dioxide, which has recently seen an increased interest, as on the surface except for the sorption process is possible and the process of disinfecting water. In addition, titanium dioxide under certain conditions can act as cation and anion both. This versatility in the water treatment increases the interest in the study of the sorbent. At the same time, the properties and characteristics of titanium dioxide, and how it is received not been studied for practical use. One method of modifying the surface of the sorbents is their ultrasonic treatment in various media with the formation of sorption sites in cavitation. When the ultrasonic cavitation bubbles effects occur within which pressure fluctuations (± P) reaches 105 kPa. Under the action of ultrasound is the change of solid surfaces and thereby increases the sorption capacity. The aim of this study was to establish the nature of the functional groups formed under the conditions of cavitation, and their influence on the sorption activity of soluble impurities of iron and manganese cations. II.EXPERIMENTAL METHODS Titanium dioxide was synthesized by hydrolysis of titanium tetrachloride [1, 2], followed drying (110 °C) and calcination in air (600 °C). To determine the nature of the functional groups on the surface of the synthesized titanium dioxide recorded infrared spectra (IR) absorption of the sample in the range 4000 - 400 cm-1 (FT-IR spectrometer, Nicolet 5700 Research and Analytical Center TPU). Recording of samples the spectra were carried out in the form of compressed tablets of potassium bromide. Thermal properties of the synthesized titanium dioxide were investigated by means thermoanalyzer Q 600 STD when heated to 800 °C at 10 °C per minute in the air. The accuracy of temperature measurement was 0.01 °C. Soluble impurities Fe+2 and Mn+2, really present in the drinking water of Tomsk city, were used as objects of study. The content of iron impurities were determined by photometry of the standard method [3]. The method is based on the interaction of iron ions with sulfosalicylic acid in an alkaline medium and the formation of yellow colored complex compound. The color intensity is proportional to the weight concentration of iron was measured at a wavelength of 400 - 430 nm. The content of manganese impurities were analyzed by photometry [4]. The method is based on the oxidation of manganese compounds to MnO4-. Oxidation occurs in the acidic environment of ammonium or potassium persulfate in the presence of silver ions as a catalyst. Thus there is a pink color of the solution, the absorption intensity was measured at the wavelength range 530 - 525 nm. To prepare the model solutions used analytical grade purity chemicals. Solutions for the study was prepared by dissolving geptahydrate iron sulfate (II) and pentahydrate manganese sulfate (II). The accuracy of the experiment provided the construction of calibration function and statistical processing of the data with a probability P = 0.95: for iron - in the range of concentrations from 0.01 to 2.00 mg/l, for manganese – from 0.005 to 0.3 mg/l. For the experiments were prepared model solutions of iron and manganese, 3 and 1 mg/l, respectively, by dissolving accurately weighed portion of salts. Previously, before the sorption experiments, the synthesized 978-1-4673-1773-3/12/$31.00 ?2013 IEEE