二氧化钛的制备-原理及应用

二氧化钛的制备\原理及应用

摘要：自从1972年Fujishima和Honda利用二氧化钛单晶电极光分解水以来，科学家们对光催化反应进行了大量的研究[1]。在污水和空气的净化中得到了应用。本文通过研究了溶胶-凝胶法制备二氧化钛，二氧化钛在不锈钢网上的负载以及其光催化消毒杀菌作用，探讨了二氧化钛光催化消毒杀菌的一般机理和在各种影响因素。

关键词：溶胶-凝胶法二氧化钛实验

Abstract: Since Fujishima and Honda decomposed water with titanium oxide single crystal electrodes light in 1972, scientists have conducted a large number of researches on photocatalytic reaction which has been applied in purification of sewage and air. Based on studying producing titanium dioxide with the sol –gel method, and the net load and its role of photocatalytic disinfection sterilization in stainless steel, the paper explores the general mechanism and various influencing factors of the photocatalytic disinfection of titanium dioxide.

Key words: sol - gel method; titanium dioxide; experiment

一、实验原理

1溶胶-凝胶法制备纳米TiO2的机理[4]

溶胶-凝胶法最主要的物理化学过程就是由金属醇盐的醇溶液向溶胶和凝胶转变所发生的水解和缩聚反应。在醇盐-乙醇-水体系中所发生的反应过程是非常复杂的。通常以金属有机醇盐为原料，通过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶。在以Ti(OC4H9)4为原料制备纳米TiO2时，Ti(OC4H9)4发生以下的水解缩聚反应：

水解：Ti(OBu)4+nH2O→Ti(OBu)4-n(OH)n+nHOBu……………………2.1

失水缩聚：≡Ti-OH+HO-Ti≡→≡Ti-O-Ti≡+H2O……………………2.2

失醇缩聚：≡Ti-OR+ HO-Ti≡→≡Ti-O-Ti≡+ROH…………………2.3

其中，n≦4时，TiO(OC4H9)4与少量水发生水解反应，生成Ti(OBu)4-n(OH)n 单体，如果n=4，则出现水合TiO2沉淀。在反应中需加入催化剂，目的是为了控制Ti(OC4H9)4的水解和缩聚反应速度。均匀分散在醇中的Ti(OBu)4-n(OH)n 单体发生缩聚反应，经过Ti(OBu)4-n(OH)n单体的失水和失醇缩聚生成-Ti-O-Ti-桥氧键，并导致二维和三维网络结构的形成。

反应体系中加水量的不同，形成的聚合物可呈线性、二维或三维结构。要制备薄膜，则希望聚合物是线性的。因此，水的加入量要适当。如果在溶液中加入

螯合剂，则可以延缓水解和缩聚反应进程，例如在酸性条件下，螯合反应中醋酸根离子起二配位体用，不易被水去掉，在反应中生成含二位基团的大聚合物(OBu)4-x (H3COO)x,这种聚合物再发生水解缩聚反应，形成维空间的网络结构。

二、实验药品和仪器

1实验药品

无水乙醇（分析纯）沈阳市试剂三厂

钛酸四丁酯（分析纯）沈阳化学试剂厂

PEG-400（分析纯）天津市科密欧化学试剂开发中心

二乙醇胺（分析纯）沈阳市新化试剂厂

稀硝酸（1:3和1:12）

大红染料（自配）

蛋白胨氯化钠琼脂牛肉膏

稀硝酸（1:3和1:12）浑河水蒸馏水

2实验仪器

721型分光光度计上海第三分析仪器厂

30W紫外灯南京紫外电器有限公司

电热恒温干燥箱天津市中环实验电路有限公司

723型可见光分光光度计上海精密科学仪器有限公司

WWK-型无音无油空压机天津市分析仪器厂

MD100—1型电子天平

HJ-4型多头磁力加热搅拌器

家用型曝气泵

高压蒸气灭菌锅（双喜牌压力锅）

60目的不锈钢网

培养皿（直径90mm）

量筒（10mL、50mL、1000mL ）；

容量瓶（50mL、250mL、1000mL ）；

烧杯（50mL、100mL、300mL、1000mL ）；

玻璃棒、移液管、吸耳球、坩埚钳、胶头滴管、电炉子等。

纱布、棉花、牛皮纸（或报纸）若干

三、实验方法

1负载型TiO2的制备方法

1.1 粉体烧结法

将TiO2纳米粒子溶于水或醇类中形成悬浮体系，将载体浸入其中一定时间使载体表面附载上一定的TiO2粉体，一般先常温风干或100℃左右加热脱水（醇），然后在600℃以下烧结温度过高，TiO2将由活性较高的锐态矿型向活性较底的金石矿型转化，通常温度在300~600℃。烧结温度越高烧结的时间越短，以防TiO2粒子尺寸增长而降低光催化活性，也有未烧结直接使用的。

粉体烧结法简单易行，光催化火性也高，但存在牢固性差，分布不均匀，光透过性差等问题。

1.2 离子交换法

离子交换法主要用于具有阳离子交换功能的一类载体，载体中的易溶离子如K+、Na+、NH4+等与易溶钛铣盐如(NH4)2TiO(C2O4)2·H2O或TiCl3中Ti3+, 或与带正电的TiO2 溶胶离子直接发生离子交换。再经煅烧或潮湿的空气中暴露水解即成。

1.3 电泳沉积法

当所用载体具有导电性时，如：Pt、C、Ni、不锈钢、导电玻璃等可用电泳沉积法。一般是在TiO2纳米离子悬浮液，有时候用超声波进一步粉碎、匀化或新制得的TiO2溶胶中，以载体做阴极，用等面积的导体做阳极，在恒电场的下使TiO2粒子电泳并沉积到阴极上，得到均一的TiO2膜。有时加入稳定剂以防