功能高分子材料论文

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摘要

本文主要通过对纳米二氧化钛结构及性能的介绍，引出其应用，特别是在环境净化方面的应用。纳米二氧化钛是一种新型环境净化材料，有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，具有良好的光催化性能及亲水性，这也是其在环境净化方面的应用基础，主要用于净化水、空气和杀菌，另外还可做建筑涂料。本文着重介绍了其在废水处理方面的应用，有处理染料废水、处理农业废水和处理含表面活性剂的废水、处理含油废水和处理造纸废水。制备方法主要有:溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、钛醇盐的气相水解法以及液相沉淀法其中液相沉淀法又包括直接沉淀法、均匀沉淀法以及共沉淀法。

关键词环境;材料;净化;纳米二氧化钛;结构;性能;应用;光催化技术;综述

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目录

1 绪论…………………………………………………………………………… 4

2 TiO的结构…………………………………………………………………… 5 2

2.1 晶格结构 (5)

表面结构………………………………………………………………5 2.2

3 纳米TiO的性质……………………………………………………………… 6 2

3.1 晶型的性质 (6)

3.2 光学性质 (6)

3.3 半导体性质………………………………………………………………6 4 纳米TiO的应用………………………………………………………………… 6 2

充当太阳能电池原料……………………………………………………7 4.1

4.2 防紫外线功能 (7)

4.3 光催化功能 (8)

4.3.1 气体净化 (8)

4.3.2 处理有机废水 (8)

4.3.3 处理无机污水 (8)

4.3.4 防雾及自清洁功能 (8)

4.3.5 杀菌功能…………………………………………………………9 5 纳米TiO的制备………………………………………………………………10 2

5.1 TiCl水解法………………………………………………………………10 4

5.2 醇盐水解法 (10)

5.3 溶胶-凝胶法 (11)

5.4 水热合成法 (11)

5.5 微乳液法........................................................................11 6 结语....................................................................................... 12 参考文献.................................................................................... 13 致谢 (14)

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纳米材料指颗粒尺寸为纳米级的超细颗粒，其尺寸大于原子簇但小于微米级，一般介于1nm,100nm之间。纳米粒子因其尺寸小，比表面积大，表面原子数多，表面能和表面张力随离径的下降急剧增大而具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应等不同于常规固体的光，热，电，磁等新特性。

纳米TiO是一种新型的无机材料，粒径在10nm,50nm，相当于普通钛白2

粉的十分之一，与常规材料相比，纳米二氧化钛具有独特功能:1.比表面积

大，2.磁性强，具有极强的吸收紫外线的能力，4.表面活性大，5.热导性好，6.分散性好，制得的悬浮液稳定7.奇特的颜色效应8.较好的热稳定性9.化学稳定性和优良的光学，电学，力学等方面的特性。其中的锐钛矿具有较高的催化效率;金红石型结构比较稳定，具有较强的覆盖力，着色力和紫外线吸收能力。因此在催化剂载体，紫外线吸收剂，高效光敏剂，防晒护肤化妆品，塑料薄膜制品，水处理，精细陶瓷，器皿传感元件等领域具有广泛的用途。

1(0 绪论

1.1 绪论

1988年第1届IVMRS国际会议(东京)上首先提出了环境调和材料。环境调和材料(简称环境材料)是指与生态环境和谐或能共存的材料，日本的铃木、山本等提出，环境负担最小，而再循环利用率最高的材料称为环境材料。它包括节能材料;再循环材料;净化材料;增进健康材料;调光、调温、调湿材料;调节环

[1]境材料(包括树木)。其中净化材料指可净化或吸附有害物质的材料或物

质。

纳米 TiO光催化杀菌是目前环境净化的研究热点。纳米TiO光催化技术始22

于1972年Fujishima和Hondar做的关于光辐照二氧化钦可持续发生氧化还原反应的研究。1985年，Matasunaga等使用Ti/Pt 催化剂在近紫外光照射下6 0 — 120 min内杀灭了水中的微生物。自此二氧化钛光催化杀菌的研究日益受到重视，研究对象也逐渐扩展至水体及空气中的病毒、细菌、真菌等。纳米TiO光催化氧化杀菌具有显著的优点:无需昂贵的氧化试剂，空气中的氧就2

可作为氧化剂;而二氧化钦催化剂价格低廉，无毒，化学及光化学性质稳定;自然光中的紫外光就可作为光源激发催化剂，因此无需能源，系统维护费用低; 氧化还原反应无选择性，可以杀灭大多数的微生物。

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2(0 TiO的结构 2

2.1 晶格结构

二氧化钛有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，其组成结构的基本单位均是TiO八面体，区别在于TiO八面体通过共用顶点还是共边组成骨架，见图66 2-l。锐钛矿结构是由TiO八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由八面6

体共顶点且共边组成。金红石、锐钛矿和铁钛矿的基本结构单元列于图2-2

图2-1 TiO结构单元的连接 6

图2-2 基本结构单元

板钛矿和锐钛矿是TiO的低温相，金红石是TiO的高温相。锐钛矿和板钛22 矿到金红石的相转化温度一般为500—600?。金红石型TiO有很强的遮盖力和2

着色力，且对紫外线有较强的屏蔽作用，锐钛矿型TiO的光催化活性最高。 2

2.2 表面结构