纳米二氧化钛的制备.docx
气相法制备纳米二氧化钛
(为防止TiCl4 蒸气在管道中冷凝，对TiCl4进料管 为防止TiCl 蒸气在管道中冷凝， 采用电热丝加热保温。 采用电热丝加热保温。反应器出料口用袋式过滤 器收集，尾气经碱液吸收后排放) 器收集，尾气经碱液吸收后排放)
透射电镜分析298k343k373k413k环境温度的改变对产物颗粒的形貌和晶粒的尺度分布有较大的影响改变了四氯化钛的注入摩尔量的四种工况下的氢气空气混合气体反应后的产物随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高金红石相所占比例越来越大并且衍射峰变得越来越尖锐说明产物晶粒尺度随着ticl
气 相 法
锐钛型粒子 金红石型粒子 混合晶型粒子
随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高，金红石相所占比 随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐，说明产物晶粒尺 度随着TiCl4浓度升高而增大 度随着
产品表征 爆轰
通过调整初始氢气与空气混合气 通过调整初始氢气与空气混合气 初始环境温度、 体的初始环境温度、注入的前驱体 量等参数， 的量等参数，从而对爆燃合成的纳 晶粒尺度、 米二氧化钛晶粒尺度、组成与形貌 进行主动控制，实现了选择性 选择性合成 进行主动控制，实现了选择性合成 二氧化钛纳米粉体。 二氧化钛纳米粉体。
粒子
1 气相氢氧焰水解法 2 气相氧化法 3 气体燃料燃烧法 4 常压微波等离子体气相法 5 高频等离子体化学气相淀积法
生产过程： 生产过程：
将精制的氢气、空气和氯化物（ 将精制的氢气、空气和氯化物（TiCl4） 氢气 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 温度控制在1 800℃以上 以上） （温度控制在1 800℃以上） 氢氧燃烧生成的水 氢氧燃烧生成的水与TiCl4在高温下 反应生成TiO 一次颗粒， 反应生成TiO2一次颗粒，这些颗粒再相互 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO2纳 米粒子。 米粒子。 TiCl4（g）＋ 2(g)＋O2(g)→TiO2(s)＋4HCl(g) ）＋2H ）＋ ＋ ＋
溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛[整理版]
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溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验目的1.溶胶－凝胶法合成纳米级半导体材料TiO22.复习及综合应用无机化学的水解反应理论，物理化学的胶体理论3.了解纳米粒性和物性4.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TiO2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TiO2具有广阔的应用前景。
利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(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TiO2感光材料。
如何开发、应用纳米TiO2，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(C2H5OH)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，总水解反应表示为下式，水解产物为含钛离子溶胶。
实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验
实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验一、实验目的1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。
2、了解TiO2纳米粒子光催化机理。
二、实验原理溶胶-凝胶法（Sol-Gel法）是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分步水解方程式为：Ti（OR ）n+H2O ^OH）（OR）n-1+ROHTi（OH）（OR） n-1+H 2O — OH）2（OR）n-2+ROH反应持续进行，直到生成Ti（OH）n.缩聚反应：—Ti —OH+H—Ti — ____ —Ti —O—Ti+H z O—Ti —OR+H—Ti — ____ —Ti —O—Ti+ROH最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度，当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。
三、原料及设备仪器1、原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、蒸馏水2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉四、实验步骤以钛酸正丁酯［Ti（OC4H）4］为前驱物，无水乙醇（C2H5OH为溶剂，冰醋酸（CH B COOH 为螯合剂，从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。
1、室温下量取10 mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35 mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10 min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
2、将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B,滴入2-3滴盐酸，调节pH值使pH=33、室温水浴下，在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。
4、滴加完毕后得浅黄色溶液，40 C水浴搅拌加热，约1 h后得到白色凝胶（倾斜烧瓶凝胶不流动）。
5、置于80 C下烘干，大约20 h，得黄色晶体，研磨，得到淡黄色粉末。
实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验精编版
实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验一、实验目的1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。
2、了解TiO2纳米粒子光催化机理。
二、实验原理溶胶－凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分步水解方程式为：Ti(OR)n+H2OTi(OH)(OR)n-1+ROHTi(OH)(OR)n-1+H2OTi(OH)2(OR)n-2+ROH……反应持续进行,直到生成Ti(OH)n.缩聚反应：—Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H2O—Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度，当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。
三、原料及设备仪器1、原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、蒸馏水2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉四、实验步骤以钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱物，无水乙醇(C2H5OH)为溶剂，冰醋酸(CH3COOH)为螯合剂，从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。
1、室温下量取10mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
2、将2mL冰醋酸和10mL蒸馏水加到另35mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B，滴入2-3滴盐酸，调节pH值使pH=3。
3、室温水浴下，在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。
4、滴加完毕后得浅黄色溶液，40℃水浴搅拌加热，约1h后得到白色凝胶(倾斜烧瓶凝胶不流动)。
纳米二氧化钛的制备及光催化
纳米二氧化钛的制备及光催化引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。
它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。
1.纳米TiO2的制备纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。
(1).化学气相沉积法(CVD)CVD法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。
它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。
该方法制备的超细粉纯度高,分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。
Leszek W.achow ski等人利用CVD 法在含碳材料表面制得TiO2。
李文漪利用化学气相沉积法水解四异丙醇钛(TTIP)制备TiO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TTIP的反应动力学。
该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。
(2).化学气相水解法化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TiCL4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。
TiCL4氢氧火焰水解法的基本原理是将TiCL4气体导入高温的氢氧火焰中(700~1000e)进行气相水解,其基本化学反应式为:TiCL4(g)+2H2(g)+O2(g)=TiO2+4HCL(g)钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物,再经过液固分离、干燥和煅烧等工序,制备TiO2粉体。
[讲解]纳米二氧化钛制备方法
![[讲解]纳米二氧化钛制备方法](https://img.taocdn.com/s3/m/a17acac532d4b14e852458fb770bf78a64293a58.png)
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。
10. 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。
二氧化钛的制备
制备措施旳优劣分析
物理法制备旳纳米二氧化钛纯度高,但设 备投入大,产量小;化学法制备旳纳米二 氧化钛产量大但一般都需煅烧或干燥才 干制得粉体,粉体中往往具有一定旳杂质; 综正当兼具了前两者旳优点。所以,在制 备纳米TiO2材料时应结合其使用要求而 选择制备工艺简朴、设备投入少、产量 大、成本较低旳制备措施。
Ti(OC4H9)4(g)→TiO2(s) + 2H2O(g) + 4C4H8(g) 日本出光兴产企业就是利用钛醇盐气相分解法生产球形非晶型
旳纳米TiO2。这种纳米TiO2能够用作吸附剂、光催化剂、催化 剂载体和化装品等等。除了上述多种气相合成法外,气相法还涉 及低温等离子体化学法、激光化学反应法、金属有机化合物气 相沉积法、强光离子束蒸发法、乳液燃烧法等,虽然这些措施制 得旳粉体纯度高、粒径分布窄、性好,但因为生产成本高,应用价 值不大[2]。在上述多种措施中, TiCl4气相氧化法因为经济、环 境保护和生产工艺旳柔性而最具竞争力。
2.2 TiCl4气相氧化法
与氯化法制造一般金红石型旳原理相类似,只是工艺 控制条件愈加复杂和精确,其基本化学反应式 为:TiCl4(g) + O2(g)→TiO2(s) + 2Cl2(g)施利毅等利 用N带TiCl4蒸汽,经预热到435℃后经套管喷嘴旳内管 进入高温管式反应器,O2经预热到870℃后经套管喷 嘴旳外管也进入反应器,TiC14和O2在900~1400℃下 反应,反应生成旳纳米TiO2微粒经粒子捕集系统,实现 气固分离[2]。这种工艺目前还处于试验室小试阶段, 该工艺旳关键是要处理喷嘴和反应器旳构造设计及 TiO2粒子遇冷壁结疤旳问题。这种工艺旳优点是自 动化程度高,能够制备出优质旳粉体。
2）加入醋酸旳量对凝胶时间旳影 响：在室温、pH=2～3、m(无水乙 醇):m(水):m(钛酸丁酯)=25:5:1
纳米二氧化钛的制备方法
纳米二氧化钛的制备方法
纳米二氧化钛是一种在化学、医药、环保等领域有广泛应用的纳米材料，其制备方法主要包括以下几种：
1. 溶胶-凝胶法：将钛源溶解在水或有机溶剂中，加入氢氧化物或盐酸等酸性物质，形成钛酸盐溶胶，经过水解缩聚反应形成纳米二氧化钛凝胶，再烘干、煅烧得到纳米二氧化钛粉末。
2. 水热法：将钛源和氢氧化物等混合溶解在水中，加热至高温高压条件下反应，生成纳米二氧化钛。
3. 气相法：将钛源在高温下氧化为二氧化钛蒸汽，通过气相反应形成纳米二氧化钛。
4. 等离子体法：将钛源通过等离子体技术分解为纳米二氧化钛。
以上四种方法均可制备纳米二氧化钛，但各具特点，应根据具体需求选择合适的方法。
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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。
纳米二氧化钛的制备
材化1202 李天0705120209
1纳米二氧化钛的水热法制备
1．1合成原理
利用钛酸丁酯作为钛源，主要的反应过程如下：
1.2实验试剂及仪器
1．3工艺流程
10ml的钛酸四丁脂与l0ml的无水乙醇混合，用玻璃棒搅拌，使钛酸丁酯充分溶解在乙醇中，所得溶液记为A。
20ml的无水乙醇跟100ml的去离子水混合作为溶液B。
在搅拌的状态下，将A溶液缓慢的滴入溶液B中。
搅拌大约10min，用氨水或是盐酸调节PH值使PH=9。
将得到的前躯体倒入内衬有聚四氟乙烯的高压反应釜，填充度为60％-80％。
密封后，放入恒温箱，水热反应在140℃反应4h。
待反应釜自然冷却后，将产物用离心机分离出沉淀部分，去离子水、无水乙醇清洗数次。
最后，将产物在60℃下保持6h烘干，备用。
工艺流程图如下：。
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A2.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B3.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D5.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E6.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号。
液相水解法制备纳米二氧化钛[1]
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1 实验
11 实验步骤 . 取洗净干燥的三 口烧瓶 ,依次加入溶剂无水乙醇,分散剂聚乙二醇和抑制剂三 乙醇胺 ,搅拌一会儿 .
再缓慢滴人钛酸四乙酯 ,继续搅拌几分钟 ,最后缓慢滴入少量二次蒸馏水 .将装置置于恒温水浴中加热, 几小时后生成黄色溶胶.停止加热 , 放置 2.,真空干燥箱 中干燥 , Ah 最后放人马福炉 中, 不同温度下煅烧 ,
酯等体积为最好. 2 . 分散剂的影响 .4 1 本实验使用 的分散剂是 聚乙二醇 , 它的加入是 为了防止产物团聚 ,但分散剂的量也
有限度.实验证明 ,分散剂 聚乙二醇与钛酸 四乙酯体积比为 0 1 . 最好. 6:
2 . 抑制剂的影响 加入抑制剂是 为了抑制钛酸四乙酯的快速水解 ,显然抑制剂 过多或过少都不利反 .5 1 应.实验证明,本实验 的抑制剂与钛酸 四乙酯为等体积比结果最佳.
J u n l f ce c f e c es C l g n iest o ra in eo a h r ol ea dUnv ri oS T e y
V0 _ 6 N . l 2 02
5月
Ma 2 0 y 06
文章编号 :10 — 8 2 0 07 9 3 1( 0 6)0 - 0 5 0 2. 4 - 2 - 0
1 为不同加水量时产物的的粒径 : 由实验可知最佳 比例为:VT(CH) : (2) [i 2 s VH0 O , 】
=6 :1 .
表 1 为不 同加水量时产物的的粒径
V?(GH)N(, ) Ii O ,] H O , 3 4 5 6 7
21 温度的影响 醇盐水解反应是可逆的放热反应 , .2 . 温度升高, 不利于反应正向进行 ; 温度过低 , 水解速率
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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，总水解反应表示为下式，水解产物为含钛离子溶胶。
Ti(O-C 4H9)4+ 4H2O—— Ti(OH) 4 + 4C4H9OH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，最后形成稳定凝胶。
Ti(OH) 4+Ti(O-C 4H9)4— 2TiO2+4C4H9OHTi(OH) 4+ Ti(OH) 42TiO2+ 4H2O2、仪器及试剂试剂：钛酸正四丁脂，无水乙醇，冰醋酸，盐酸，去离子水仪器：电热炉、恒温水浴箱、50mL量筒和10 mL量筒各一个、烧杯(100 mL) 两个、玻璃棒、抽滤瓶、布氏漏斗、滤纸、PH试纸、标准比色卡、洗瓶、蒸发皿。
3、实验步骤：室温下用完全干燥的量筒量取IOmL钛酸丁酯，缓慢滴入到35mL无水乙醇中，并用磁力搅拌器强力搅拌10mi n,混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
将4 mL冰醋酸和IOmL蒸馏水加到另35mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B,滴入1-2滴盐酸，调节PH值使pH≤30室温水浴下，在剧烈搅拌下将已移入恒压漏斗中的溶液A缓慢滴入溶液B中，滴速大约10 mL/min。
滴加完毕后得浅黄色溶液，继续搅拌半小时后，80 C水浴加热，1h后得到微黄色凝胶。
转至布氏漏斗中抽滤(若形成的胶体没有分层可不抽滤)。
将滤饼置于蒸发皿中在电热路上烘干，得到淡黄色粉末。
由老师放到马弗炉中焙烧、活化。
4、实验现象：溶液A与溶液B混合水浴加热一小时后得到的淡黄色溶胶继续加热由黑色变成淡黄色5、实验结果记录：继续加热至不变溶液A烘干过程中粉末炭化变黑经老师焙烧活化后的二氧化钛质量为m=2.21g 二、二氧化钛光催化活性的评价1、实验原理：根据TiO2 能降解有机物的性质，TiO2 能催化降解亚甲基蓝和甲基橙，其降解速度与二氧化钛活性有关，可以通过测量单位时间内被降解有机物浓度降低量来确定二氧化钛的活性，而有机物的浓度可以通过分光光度计测得。
2、仪器和试剂：仪器：研钵、鼓泡机、紫外光灯、离心机、电子太平、分光光度计。
试剂：甲基橙水溶液（公用）、亚甲基蓝水溶液的（公用）、已制备的二氧化钛。
3、实验步骤：1.分别取80毫升已配置好的亚甲基蓝溶液（吸光度是A o）和80 毫升甲基橙溶液（吸光度是A* 0），置于两个量杯中。
2. 将二氧化钛导入研钵中充分研磨，分别称取0.11g和0.22g 加入到步骤一中的量杯中。
3. 将鼓泡机的通气管用紫外光灯固定在量杯底部，将两个量杯在紫外灯照射40分钟。
4. 上述反应完毕后，将溶液静置，然后分别取上层溶液于两个离心管中，离心后，分别测吸光度A1,A2 。
3.根据公式（A O-A）/A o计算亚甲基蓝和甲基橙的分解率。
4、实验注意事项：1. 钛酸正四丁酯在在空气中迅速吸潮而分解，对水有非常高的化学活性，水解生成Ti（OH）4。
所以取用时仪器必须是完全干燥的。
2. 由于钛酸丁酯具有吸潮性质，用过的吸管等仪器都要及时清洗。
3. 进行光催化分解时，要把通气管固定住，防止光解过程中因通气不畅导致二氧化钛在底部沉积。
5、实验数据记录与处理：二氧化钛质量m1=0.11g m2=0.21g光催化前甲基橙溶液A=0.633亚甲基蓝溶液A=0.933紫外光催化40分钟后甲基橙溶液A=0.386 亚甲基蓝溶液A=0.273甲基橙的光降解率W%= (0.633-0.386) /0.633× 100%=39.0%亚甲基蓝的光降解率W%=(0.933-0.273)/0.933 × 100%=70.7%经二氧化钛光催化后的亚甲基蓝和甲基橙溶液三、分析及结论：制备纳米二氧化钛结论如下：(1)水作为反应物之一，它的加入量主要影响钛醇盐的水解缩聚反应，是一个关键的影响参数，而二氧化钛光催化前的亚甲基蓝和甲基橙溶液6、实验现象:且为保证得到稳定的凝胶采用了分次加入的方式。
( 2) 冰醋酸作用是抑制钛酸丁酯的水解速度。
( 3) 乙醇可以溶解钛酸丁酯,并通过空间位阻效应阻碍氢链的生成,从而使水解反应变慢，因此需要控制反应中乙醇的加入量。
(4) PH值是影响凝胶时间的有一个因素，通过实验取PH在2〜3为宜。
影响二氧化钛光催化活性的因素主要有：( 1)制备方法，通过与同一实验室其他小组的比较发现，用均匀沉淀法制备的纳米二氧化钛的光催化效果普遍好于用溶胶凝胶法制备的，原因在于不同方法制得的Ti0 2粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。
同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。
( 2)颗粒粒径的影响催化剂粒径的大小直接影响光催化活性。
当粒子的粒径越小时，单位质量的粒子数越多，比表面积越大。
对于一般的光催化反应，在反应物充足的条件下，当催化剂表面的活性中心密度一定时，表面积越大吸附的OH越多，生成更多的高活性的∙OH从而提高了催化氧化效率。
当粒子的大小在1-100nm级时，就会出现量子效应，成为量子化粒子，使得h+-e-对具有更强的氧化还原能力，催化活性将随尺寸量子化程度的提高而增加。
另外，尺寸的量子化可以使半导体获得更大的电荷迁移速率，使h+与e复合的几率大大减小，因而提高催化活性。
(3)对于不同的有机物二氧化钛作为光催化降解的效率不同。
( 4)有机物的降解率与二氧化钛的用量有关Tio 2在光催化降解反应中，反应前后几乎没有消耗。
Tio 2的用量对整个降解反应的速率是有影响的，研究表明有机物的降解率开始随TiO 2用量的增加而提高，当量增加到一定时降解速率不再提高，反而有所下降。
四、思考题：1:将溶液A滴加到溶液B中时为什么要缓慢滴加？防止钛酸丁酯的水解速度过快，水解生成的聚合物来不及溶于乙醇而直接发生快速缩聚反应，试验过程中会有大量的块状絮凝物生成，得不到稳定的透明溶胶。
2:二氧化钛作为光催化降解有机物的的原理及为什么要用紫外灯照射。
Tiθ2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev （锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光（紫外光）照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴（h+）,如图1-1 所示。
图IT TiQ光电效应示意图Fig. 1-1. SChematiC diagraπι Of PhOLoeIeCXriC transfer effect On TiQ2如果把分散在溶液中的每一颗Tiθ2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。
Tiθ2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于Tiθ2表面的有机物或先把吸附在Tiθ2表面的OH和HO分子氧化成∙OH1由基，∙OH1由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO和HO等无害物质。
反应过程如下:反应过程如下：TiO 2 + hv → h +e(3)h +e →热能(4)+h + OH- → ∙OH(5)+h++ H2O → ∙ OH + H⑹e- +O2 → O2(7) O2+ H+ → HO2 ∙(8)2 H2O ∙→ O2+ H2O2(9)+H2O2 + O2 → ∙ OH + H + O2(10)∙OH + dye →∙∙∙→CO2+ H2O(11)IH + dye →∙∙ ∙→ CO2 + H20(12)由机理反应可知,TiO 2光催化降解有机物，实质上是小组内分工种自由基反应。