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 Updated by Jack on December 25,2020 at 10:00 am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。
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：TiORn+H2OTiOHORn-1+ROHTiOHORn-1+H2OTiOH2ORn-2+ROH……反应持续进行,直到生成TiOHn.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TiOC4H94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;5、置于80℃下烘干,大约20h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末;6、在600℃下热处理2h,得到二氧化钛纯白色粉体;五、思考题1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途六、实验报告要求实验报告按照学校统一模板书写,包括下列内容：1、实验名称、目的和实验步骤;2、解答思考题;。
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。
纳米二氧化钛制备方法及其优缺点
纳米二氧化钛制备方法及其优缺点嘿，朋友们！今天咱来聊聊纳米二氧化钛的制备方法及其优缺点。
这纳米二氧化钛啊，可真是个神奇的玩意儿！先说说制备方法吧。
有一种常见的方法叫溶胶-凝胶法，就好像是在变魔术一样，把各种材料混合在一起，经过一系列反应，嘿，就变出纳米二氧化钛啦！还有水热法，就像是给材料们洗了个热水澡，然后它们就变成纳米二氧化钛啦，是不是很有意思？另外还有气相沉积法，听着就很高端大气上档次吧，就像是在空中搭建起纳米二氧化钛的小房子。
每种方法都有它的特点呢！溶胶-凝胶法操作相对简单，就像做一道家常菜，大家都能试试。
水热法呢，能得到比较纯净的产物，就像是精心挑选出来的宝贝。
气相沉积法呢，能制备出高质量的纳米二氧化钛，那可真是精益求精啊！那纳米二氧化钛有啥优点呢？哎呀呀，那可多了去了。
它的光催化性能特别好，就像是一个超级清洁工，能把好多污染物都给清理掉。
而且它还很稳定，就像一个坚强的战士，不容易被打败。
它的抗菌性能也不错哦，能把那些坏细菌都赶跑，守护我们的健康。
但是，它也不是完美无缺的啦！比如说它的成本有时候会有点高，这就像是买一件特别贵的衣服，让人有点心疼钱包呢。
还有啊，在制备过程中如果不注意，可能会出现一些团聚的现象，这就好像是一群人挤在一起，不太好分开啦。
不过，咱可不能因为这些小缺点就忽视了它的大优点呀！纳米二氧化钛在环保、医疗、化工等好多领域都有着重要的应用呢。
想象一下，如果没有纳米二氧化钛，我们的生活得失去多少便利呀！所以说呀，我们要正确看待纳米二氧化钛，既要看到它的优点，好好利用它，也要注意它的缺点，想办法去克服。
让我们一起和纳米二氧化钛做好朋友，让它为我们的生活带来更多的美好吧！这就是我对纳米二氧化钛的看法，你们觉得呢？。
纳米二氧化钛的制备方法---钛醇盐气相热解法及气相氧化法
一、钛醇盐气相热解法该工艺以钛醇盐为原料，将其加热气化，用氮气、氦气或氧气作载气，把钛醇盐蒸气预热分解炉，进行热分解反应。
其反应式如下：nTi(OC4H9)4(g)===nTiO2(s)+2nH2O(g)+4nC4H8(g)日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的TiO2，这种纳米TiO2可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化状品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以250~350℃为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉中的停留时间为0.1~10s，其流速为10~1000mm/s，体积分数为0.1%~10%；为提高所生成纳米TiO2的耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物(如铝、锆的醇盐)蒸气，使纳米TiO2粉体制备和无机表面处理同时进行，该工艺的最大缺点是原料成本较高，产物中残炭含量高，难以合成纯金红石型的纳米TiO2。
二、钛醇盐气相氧化法将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的原因，反应前体一般选用钛酸民丙醇酯(TTIP).Arabi-Katbi等以TTIP为原料，研究了火焰的方位和结构对合成纳米TiO2的影响。
预混合反应器的方位主要影响停留时间，对晶型组成、颗粒尺寸有一定影响，但对粒子的形貌影响不大。
在层流扩散焰反就器中合成纳米TiO2反应器的混合方式和火焰结构可以有效控制产物的平均原始粒径(10~50mm)和晶型组成(金红石型的质量分数为6%~50%)。
为增大粒径和提高产物的金红石型含量，可以通过增加甲烷气体的流量而提高反应温度来实现。
气相合成纳米TiO2的方法，除上述几种以外，还有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、强光离子束蒸法、乳液燃烧法等，虽然这些气相法制得的纳米TiO2粉体纯度高，粒径分布窄，分散性好，团聚少，表面活性大，反应速率快，能实现连续化生产。
但是气相法反应在高温下瞬间完成，要求反应物在极短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应器的型式、设备的材质、加热方式、进料方式均有很高的要求，加之生产成本高。
纳米二氧化钛制备方法
1. 纳米TiO 2粉体制备方法1.1. 物理法1.1.1. 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1.1.2. 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1.2. 化学法1.2.1. 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1.2.2. 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.1.2.3. 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。
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备方法综述纳米二氧化钛的制备方法综述【摘要】纳米二氧化钛(Ti02)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之一。
本文主要对纳米二氧化钛的各种制备方法作了简单介绍。
【关键词】纳米二氧化钛、制备【正文】二氧化钛的制备方法可分为气相法和液相法两大类。
一、气相制备法低压气体蒸发法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Ti02,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。
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。
溅射法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Ti02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。
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超微粒子钛醇盐气相水解法该工艺可以用来开发单分散的纳米TiO2,其反应式如下: nTi(0R)4,+2nH2O(g)————>nTiO2(s)+4nROH优点是操作温度较低、能耗小,对材质要求不是很高,并且可以连续化TiCl4,高温气相水解法该法与气相法生产白炭黑的原理相似,是将TiCl4气体导入高温的氢氧火焰中进行气相水解,其化学反应式为: TiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)→TiO2(s)+4HCl(g)优点工艺制备的纳米粉体产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小。
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)。
纳米级二氧化钛制备工艺流程
纳米级二氧化钛制备工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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二氧化钛纳米片的制备
二氧化钛纳米片的制备二氧化钛纳米片是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其制备方法有多种，包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
本文将以溶胶-凝胶法为例，介绍二氧化钛纳米片的制备方法及其应用前景。
溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米材料的方法，通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，在溶液中形成胶体颗粒，再通过热处理将胶体颗粒转化为纳米片。
以下将详细介绍溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米片的步骤。
将钛酸四丁酯和乙酸丁酯等有机溶剂混合，得到钛源溶液。
然后，在钛源溶液中加入适量的表面活性剂，如聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌均匀形成胶体溶液。
接着，将胶体溶液进行超声处理，以促进颗粒的均匀分散。
然后，将超声处理后的胶体溶液转移到特定的培养皿或玻璃片上，利用旋涂技术将溶液均匀涂布在基底上。
然后，将涂布的基底进行烘干，在适当的温度下，使胶体颗粒在基底上形成致密的薄膜。
接着，将烘干后的样品进行热处理，以使胶体颗粒之间的结合更加牢固。
将热处理后的样品进行表面处理，如酸洗或磨砂处理，以去除可能残留在表面的有机物或杂质。
经过这些步骤，二氧化钛纳米片的制备完成。
制备得到的二氧化钛纳米片具有许多优异的性能和应用前景。
首先，由于其特殊的形貌和纳米尺寸效应，二氧化钛纳米片具有较大的比表面积和优异的光催化性能，可用于水处理、空气净化和有机废水处理等领域。
其次，二氧化钛纳米片还具有优异的光电性能，可用于制备柔性太阳能电池和光电催化剂等。
此外，二氧化钛纳米片还具有优异的力学性能和化学稳定性，可用于制备高性能的传感器和储能器件。
溶胶-凝胶法是制备二氧化钛纳米片的一种有效方法，通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，可以制备出具有优异性能和应用前景的二氧化钛纳米片。
随着纳米科技的不断发展，二氧化钛纳米片将在各个领域展示出巨大的潜力和应用价值。
纳米二氧化钛的制备
化学方法
4、钛醇盐气相分解法 该工艺以钛醇盐为原 料, 将其 加热气化, 用氮 气、 氦气或氧气作载气把钛醇盐蒸气经预热后导入 热分解炉, 进行热分解反应, 以钛酸丁酯为例: nTi(OC4H9R)4(g) nTiO2(s)+2nH2O(g)+4nC4H8(g)
化学方法
气相沉积
前驱体
物理方法
物理气相沉积
物理气相沉积法（PVD）是利用电弧、高频或等离 子体等高稳热源将原料加热，使之气化或形成等离 子体，然后骤冷使之凝聚成纳米粒子。其中以真空 蒸发法最为常用。粒子的粒径大小及分布可以通过 改变气体压力和加热温度进行控制。
物理方法
磁控溅射
成品展示
Thank you
合作愉快
化学方法
化学气相沉积
化学气相沉积法（CVD）：两种或两种以上的气态原材料导入到 一个反应室内，他们之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉 积到晶片表面上。该法制备的纳米TiO2粒度细，化学活性高，粒 子呈球形，单分散性好，可见光透过性好，吸收屏蔽紫外线能力 强。该过程易于放大，实现连续化生产，但一次性投资大，同时 需要解决粉体的收集和存放问题。
化学方法
1、 TiCl4 氢氧火焰水解法 该方法所用原料是TiCl4、H2 和O2, 是将TiCl4气体导入 高温(700 C ~ 1 000 C) 的氢氧火焰中进行气相水解, 化学反应式为: TiCl4(g) +2H2(g) +O2(g) =4TiO2(s) +4HCl(g) 所得到的晶体类型一般是锐钛型和金红石型的混晶型。
化学方法
3、钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由美国麻省理工学院开发成功 的, 可以用来生产单分散的球形纳米 TiO2, 化学反 应式是: n(TiOR)4( g) +4nH2O(g) nTi(OH)4(s)+4nROH(g) nTi(OH) 4( s) nTiO2 H2O(s)+nH2O(g) nTiO2 •H2O(s) nTiO2(s)+nH2O(g)
纳米二氧化钛的制备及性质实验
（2）光降解实验
标准曲线的制作：
（1）最大吸收波长
取0.005g/100mL的溶液于比色皿中，以蒸馏水为参比，从500nm-700nm范围内每隔50nm，测吸光度，在最大吸收波长周围以10nm为间隔重新扫描，寻找最大吸收波长。
液，最后直接加热，仍然会生成溶胶，只不过由于受热不均匀，水解速率不一而出现了大量气孔。这说明转速和滴速对溶胶的生成影响很小，加入适当试剂使钛酸正丁酯缓慢水解才是至关重要的。
2.亚甲基蓝的催化光解
得此浓度亚甲基蓝最大吸收波长为615nm,并制作标准曲线:
质量浓度mg/L
1
2
3
4
5
吸光度
0.056
0.145
五、实验仪器
量筒、烧杯、磁力搅拌器、电子天平、电热炉、马弗炉、移液枪、离心机、分光光度计等
六、实验过程
实验开始的第一天，早上八点左右进入实验室，取完所需要的实验器材，我便开始了实验。首先我严格按照上述所设计的流程配置了A液，A液在完全无水（除空气中的水汽外）的情况下配置，为淡黄色液体，未见浑浊。然后我配置了B液，与设计不同的是，调节酸性时，我认为盐酸与硫酸对于实验没有太大区别，于是选用6mol/L的硫酸调节B液pH小于3，最后待A、B液搅拌均匀后，在室温水浴下，我缓慢的将A液滴加入B液，一开始剂量比较小，混合液依然澄清，但刚刚滴加两试管后，混合液便出现白色浑浊，表明钛酸正丁酯已然水解成了颗粒较大的乳浊液，实验失败。于是我开始思考，到底是哪出了问题？滴加速率过快吗？还是搅拌不均匀？于是我又做了一次尝试，这次我加大了转速，放慢了滴加速率，但不幸的是，得到的结果还是失败的。到了下午，在老师的提醒下，我意识到，问题可能出在调节B液pH所用的酸上，硫酸根的作用可能对Ti(OR)4的水解产生了影响。于是我改用了浓盐酸进行调节，其余流程不变，终于得到了凝胶。历经一整天时间，失败了两次，我最终将凝胶制备了出来，坚持取得了胜利。之后，我将凝胶放置在电热炉里，让其烘干12小时以上。
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
纳米二氧化钛在锂电池中的应用
纳米二氧化钛在锂电池中的应用引言：锂电池作为一种重要的储能设备，广泛应用于移动电子设备、电动汽车和可再生能源等领域。
为了提高锂电池的性能和稳定性，研究人员一直在寻找新的材料来改进电池的性能。
纳米二氧化钛作为一种有潜力的材料，近年来引起了广泛的关注。
本文将探讨纳米二氧化钛在锂电池中的应用，并分析其优势和挑战。
一、纳米二氧化钛的制备方法纳米二氧化钛可以通过溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等多种方法制备。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法，通过控制反应条件和添加剂，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米二氧化钛颗粒。
二、纳米二氧化钛在锂电池正极材料中的应用1. 提高锂离子嵌入/脱嵌速率：纳米二氧化钛具有较大的比表面积和短离子扩散路径，可以提高锂离子在正极材料中的嵌入/脱嵌速率，从而提高电池的充放电性能。
2. 增加电池容量：纳米二氧化钛具有较高的锂离子嵌入容量，可以增加电池的总容量，延长电池的使用时间。
3. 提高电池循环寿命：纳米二氧化钛具有较好的结构稳定性和电化学稳定性，可以减少电池在循环过程中的容量衰减，提高电池的循环寿命。
三、纳米二氧化钛在锂电池负极材料中的应用1. 提高锂离子嵌入/脱嵌速率：纳米二氧化钛可以作为锂电池负极材料的添加剂，通过提高锂离子在负极材料中的嵌入/脱嵌速率，改善电池的充放电性能。
2. 抑制锂枝晶生长：纳米二氧化钛具有较高的表面能和较小的晶粒尺寸，可以抑制锂枝晶的生长，减少电池内部的短路现象，提高电池的安全性能。
3. 提高电池循环寿命：纳米二氧化钛可以减少电池在循环过程中的容量衰减，提高电池的循环寿命。
四、纳米二氧化钛在锂电池中的挑战1. 纳米二氧化钛的制备成本较高，需要进一步降低制备成本。
2. 纳米二氧化钛的导电性较差，需要通过掺杂或复合改进其导电性能。
3. 纳米二氧化钛的循环稳定性有待提高，需要进一步研究其循环衰减机制并寻找解决方法。
结论：纳米二氧化钛作为一种有潜力的材料，在锂电池中具有广阔的应用前景。
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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二氧化钛的制备方法和应用研究
二氧化钛的制备方法和应用研究
一、二氧化钛的制备方法
1、电解法
电解法是制备二氧化钛最常用的方法，其原理可概括如下：将钛粉溶解于有机溶剂中，加入具有电解质的溶剂，通过电解操作将电解质中的钠离子和氯离子电解成氢气和氯气而最终将钛离子电解为氧
离子，形成纳米级二氧化钛的结构。
2、水热法
水热法是制备二氧化钛的一种方法，它的主要目的是将钛粉和碱烷的混合物经过水热反应，将其分解，最终形成粉末状的二氧化钛。
3、氟化法
氟化法是利用钛离子(Ti4+)与氟原子(F-)之间的反应，利用氟化钛溶液和氨水的反应，最终形成白色结晶二氧化钛的方法。
二、二氧化钛的应用研究
1、用于材料热处理
二氧化钛具有高熔点、高热储存容量、良好的抗氧化性和抗腐蚀性等特点，因此广泛应用于工业技术的材料热处理领域。
2、用于催化剂制备
二氧化钛具有优异的催化作用，可以作为催化剂，用于制备汽油、柴油等燃料添加剂，以及用于食品、医药、工业等领域的催化剂。
3、用于绝缘用品
经过一定的加工和热处理后，可以形成多孔高比表面积的二氧化
钛，具有优良的绝缘性能，因此，二氧化钛广泛用于电子、电信等行业的绝缘用品。
不同粒径二氧化钛的制备与表征
不同粒径二氧化钛的制备与表征二氧化钛（TiO2）是目前应用最广泛的半导体材料之一，其用途包括太阳能电池、光催化、生物医药、杀菌和防腐等领域。
但是，TiO2在实际应用中受到许多限制，例如低光吸收率、表面活性不足等。
为了克服这些限制，研究者们尝试从粒径控制入手，制备不同粒径的TiO2。
本文将介绍不同粒径TiO2的制备与表征。
一、制备方法1. 水热法水热法是制备TiO2纳米颗粒的常用方法之一。
通常使用钛酸丁酯作为前驱体，在高温高压的条件下进行水解、凝胶化和热处理等步骤，最终制备出不同粒径的TiO2颗粒。
水热法制备的TiO2颗粒具有高比表面积、少量缺陷和高结晶度等优点。
2. 气相沉积法气相沉积法是另一种制备TiO2纳米颗粒的方法。
该方法利用化学反应在气相中形成TiO2纳米晶体，然后将其沉积在基底上。
气相沉积法制备的TiO2颗粒具有细小的尺寸、高比表面积和优异的光学性质等特点。
3. 水热-微波辅助法水热-微波辅助法是利用水热法和微波辐射相结合制备TiO2纳米颗粒的新型方法。
该方法使用了微波的频率和功率对加热和水解过程进行控制，大大缩短了反应时间。
此外，微波加热还可以促进前驱体的均匀分散，并使得制备的TiO2颗粒具有更窄的粒径分布。
二、表征方法对于不同粒径的TiO2，需要使用不同的表征方法来确定其物理、化学和光学性质。
以下是一些常用的表征方法：1. X射线衍射（XRD）XRD是一种常用的技术，可用于确定TiO2晶体的晶型、晶格常数和结晶度等。
TiO2的两种常见晶型为锐钛矿型和金红石型，可以通过XRD方法进行检测。
2. 透射电子显微镜（TEM）TEM是一种高分辨率和高放大倍数的技术，可以用于粒子尺寸、形状和分布的直接观察。
因此，TEM广泛用于TiO2粒子的形貌和大小的确认。
3. 紫外-可见光谱（UV-Vis）UV-Vis光谱是一种用于表征材料光学性质的检测方法，可用于检测TiO2的吸收光谱。
TiO2的能带结构可以通过光吸收谱来确定，这对于理解其物理性质和光催化过程是至关重要的。
纳米二氧化钛的水热法制备及其应用研究进展
4、干燥：将分离后的产物进行 干燥处理，以便后续应用。
4、干燥：将分离后的产物进行干燥处理，以便后续应用。
为了表征纳米二氧化钛的结构和性质，常采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变 换红外光谱（FTIR）等方法进行测试。XRD可以确定纳米二氧化钛的晶体结构和 相组成，而FTIR则可以了解其分子结构和化学基团。
研究方法
研究方法
水热法制备纳米二氧化钛的基本流程如图1所示，包括以下几个步骤： 步骤1：材料准备。根据实验需要，准备好钛酸盐、还原剂、表面活性剂等材 料。
研究方法
步骤2：溶液配制。将钛酸盐、还原剂、表面活性剂等按一定比例配制成溶液。 步骤3：实验装置。将配制好的溶液放入高压反应釜中，在一定温度和压力下 进行反应。
实验过程
4、产物的分离与表征：反应结束后，将产物进行分离，得到二氧化钛纳米晶 体。利用光学显微镜和扫描电镜对产物进行表征，观察二氧化钛纳米晶体的形貌 和尺寸。
产物分析
产物分析
通过光学显微镜和扫描电镜观察到，二氧化钛纳米晶体呈现出球形或多面体 形貌，尺寸分布均匀。在X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析中，二氧化钛纳 米晶体表现出典型的锐钛矿型晶体结构和化学键合状态。
参考内容
引言
引言
纳米二氧化钛是一种重要的无机纳米材料，具有优异的物理、化学和光学性 能，在光催化、太阳能电池、光电子器件、生物医学等领域具有广泛的应用前景。 水热法是一种常用的制备纳米材料的物理化学方法，可以在高温高压条件下促进 反应的进行，制备出具有特定形貌和性能的纳米材料。本次演示将综述水热法制 备纳米二氧化钛的研究进展，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
结论
结论
本次演示综述了水热法制备纳米二氧化钛的研究进展，总结了其研究现状、 存在的问题和发展趋势。水热法作为一种有效的制备纳米材料的方法，在制备纳 米二氧化钛方面具有广阔的应用前景。未来的研究方向应包括优化制备条件、降 低成本、提高形貌和性能的可控性、探索新的表面处理方法等方面。相信随着科 学技术的不断进步和完善，水热法制备纳米二氧化钛的研究将取得更大的突破和 进展。
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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
后的溶液的吸光度的变化算出降解率来评价制备的二氧化钛的活性。
三、实验仪器与试剂
仪器：磁力搅拌器，搅拌磁子，水浴锅，PH试纸，胶头滴管，量筒，玻璃棒，烧杯，坩埚，石棉网，电炉，真空干燥箱，量杯，充气管，自制紫外灯光催化装置，离心机。
试剂：亚甲基蓝，甲基橙，盐酸，冰醋酸，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛，纳米二氧化钛，无水乙醇。
四、实验步骤
（1）二氧化钛的制备
1、室温下取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、4ml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.加入1-2滴盐酸，调节pH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，滴速约为3ml/min。
4、滴加完毕后得到浅黄色溶液，继续搅拌半小时后，45℃水浴加热，0.5h后得到白色凝胶。
5、将溶胶在105℃下烘干，分别在500，600℃下热处理得到二氧化钛粉体。
（2）光催化活性评价
1、称取0.1g二氧化钛，放入量杯中，加入70ml10mg/L的亚甲基蓝溶液。
放入充气管，再插入紫外灯，打开紫外灯反应20min。
2、反应结束后，离心，取上清液测量其吸光度，根据反应前后吸光度的变化获得降解率。
3、同样称取0.1g二氧化钛，放入量杯中，加入70ml10mg/L的甲基橙溶液。
放入充气管，再插入紫外灯，打开紫外灯反应35min。
4、反应结束后，离心，取上清液测量其吸光度，根据反应前后吸光度的变化获得降解率。
五、实验现象
（1）纳米二氧化钛的制备
黄色澄清溶液A 45℃水浴加热半小时
白色凝胶电炉烘干过程逐渐炭化变黑
继续加热颜色变为微黄色保持不变在马弗炉中热处理得到白色粉末（2）光催化活性评价
二氧化钛光催化前的亚甲基蓝和甲基橙溶液
经二氧化钛光催化后的亚甲基蓝和甲基橙溶液
六、数据处理
（1）纳米二氧化钛的制备
坩埚质量m/g 坩埚加样品质量m/g 样品质量m/g 36.2156 38.0663 1.8507 经老师焙烧活化后的二氧化钛质量：m=38.0663-36.2156=2.21g
（2）光催化活性评价
吸光度 A0 A1 亚甲基蓝 1.25409 0.34611 甲基橙 0.65501
0.5168
600
650
700
750
800
2
663.4
######
Y A x i s T i t l e
X Axis Title 02:58:21 (800.000000)
400
450
500
550
600
-0.1
0.00.10.20.30.40.5
0.60.7464
######
Y A x i s T i t l e
X Axis Title
04:25:53 (600.000000)
亚甲基蓝降解率=A0－A1/A0*100%=1.25409-0.34611/1.25409*100%=72.402% 甲基橙降解率=A0－A1/A0*100%=0.65501-0.5168/0.65501*100%=21.10%
七、实验结论
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、冰醋酸的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。
5、催化剂粒径的大小直接影响光催化活性。
催化活性将随尺寸量子化程度的提高而增加。
6、对于不同的有机物二氧化钛作为光催化降解的效率不同。
7、有机物的降解率与二氧化钛的用量有关。
八、注意事项
1、所有胶头滴管、烧饼、量筒、玻璃棒等仪器都需要干燥。
2、取用过钛酸丁酯的玻璃仪器，都需要及时先用无水乙醇洗涤，再用水洗涤。
3、滴加溶液的同时必须剧烈搅拌，防止溶胶形成的过程中产生沉淀。
4、乙醇、钛酸丁酯是易燃品，避免与明火接触。
5、盐酸、醋酸具有腐蚀性，取用要戴橡胶手套操作。
九、思考题
1. 为什么所有的仪器必须干燥？
答：钛酸四丁酯容易水解，如果仪器不是干燥的可能会引起钛酸四丁酯水解产生沉淀Ti(OH)4，导致实验失败。
2. 加入冰醋酸的作用是什么？
答：加入冰醋酸是为了防止钛酸四丁酯水解。
3. 为何本实验中选用钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱物，而不选用四氯化钛TiCl4为前驱物？
答：四氯化钛是无机钛盐，钛酸四丁酯是有机钛盐。
室温下，四氯化钛是液体，并向空气中发烟，形成二氧化钛固体和盐酸液滴的混合物，污染较大不符合绿色化学的理念。
而钛酸四丁酯则不会产生上述污染。