纳米金红石型二氧化钛粉末的制备及表征
纳米二氧化钛粉体的制备与表征
纳米TiO粉体的制备与表征2一：引言•纳米材料是指在三维空间中至少在一维方向上尺寸在1-100nm 之间并具有特殊性能的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
由于纳米材料至少在一维方向上为纳米尺度，所以纳米材料具有普通材料所不具背的性能，如表面效应、小体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。
因此纳米TiO 2粉体具备许多特殊的功能比如性能稳定、无毒、光催化活性高、价格低廉、耐化学腐蚀性好，是良好的光催化剂、消毒剂杀菌剂。
•光催化作为一种新型环境净化技术引起人们越来越多的关注。
纳米TiO2以良好的性能稳定、效率高、无二次污染、成本低廉等优点，在光催化降解废水中的有机物方面具有广阔的应用。
面临的问题：催化的效率比较低,而且对太阳能的利用率比较低。
二：TiO简介21：TiO2特性纳米TiO2作为一种新型的功能材料，是目前应用最广泛的一种纳米材料。
纳米二氧化钛具有粒径小、吸收紫外光能力强以及良好的随角异色、光催化和抗菌杀毒等优点。
纳米TiO2晶体主要有锐钛型和金红石型两种晶型。
金红石型晶体则主要用于防紫外线、增强、增韧、降解有机污染物，是一种环保型产品；锐钛型晶体的主要作用有抗菌，分解有机物。
锐钛型纳米TiO2是一种新型抗菌剂，具有良好的杀菌效用、耐热性好、安全性能佳、持续性长、使用方便；在抗菌过程中可以生成具有很强化学活性的自由基，因此能有效地分解空气中多种有毒气体。
金红石型纳米TiO2具有高光催化活性，抗紫外线能力强等优点。
对长波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔则以吸收为主。
2：TiO2的光催化机理当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。
由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。
金红石型二氧化钛生产方法
金红石型二氧化钛生产方法
金红石型二氧化钛是一种重要的钛白粉品种，具有良好的光学性能和稳定性，在涂料、塑料、橡胶、油墨等领域有广泛的应用。
下面是金红石型二氧化钛的生产方法的一般步骤：
1.原料准备：选择优质的钛矿石作为原料，常用的有金红石矿、金红石型钛矿石等。
钛矿石经过矿石选矿、破碎、粉碎等工艺处理后，得到适合生产的原料。
2.氧化焙烧：将经过粉碎处理的钛矿石原料进行氧化焙烧。
焙烧过程中，将钛矿石暴露在高温的氧气气氛中，使得钛矿石中的二氧化钛转化为金红石型晶体结构。
通常焙烧温度在800°C到1000°C之间。
3.粉体制备：将焙烧后的钛矿石进行粉碎，得到细颗粒的二氧化钛粉末。
此过程中需要控制粉碎颗粒的大小和分布。
4.表面处理：对得到的二氧化钛粉末进行表面处理，以改善粉末的分散性和增强与基体材料的结合力。
常见的表面处理方法包括涂覆有机物、硅烷偶联剂处理等。
5.热处理：将经过表面处理的二氧化钛粉末进行热处理，使得其晶体结构更加稳定，并进一步改善其光学性能和分散性。
6.产品包装：对处理好的金红石型二氧化钛进行包装，通常采用防潮、防尘的包装方式，以保证产品质量。
需要注意的是，金红石型二氧化钛的生产过程中需要严格控制各个工艺参数，以确保产品的品质稳定性和性能要求。
此外，生产过程中应注意环境保护和安全生产，减少对环境的污染和对人体健康的影响。
1 / 1。
金红石型二氧化钛超微颗粒制备及表征
金红石型二氧化钛超微颗粒制备及表征金红石型二氧化钛（rutile TiO2）具有优良的光学、电学特性，是
广泛应用于催化剂、光催化、光电池、传感器等领域的重要材料。
超微颗
粒（nanoparticles）的引入可以增强其表面积、活性和比表面反应等性能。
超微颗粒制备方法多种多样，如水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。
本文以水热法为例介绍超微颗粒的制备和表征方法。
制备方法：
将二氧化钛前驱体（如钛酸四丁酯）溶于乙醇中，加入表面活性剂
（如十六烷基苯磺酸钠），搅拌达到均匀溶解。
将溶液移入反应釜中，在
液相中加入氨水，以控制pH值，然后在高温高压下（通常为150-200°C，5-10h）进行水热处理，重点是调控温度和反应时间。
表征方法：
1.X射线衍射分析(XRD)。
使用XRD仪器对样品进行分析，得出样品的晶体结构、晶粒尺寸等信息。
人们发现，水热法制备的二氧化钛颗粒常常伴随着热失控现象，会改
变其晶结构和形态，因此我们操作实验时需要注意控制水热条件，以避免
这种情况。
2.透射电子显微镜(TEM)。
使用TEM观察样品的形貌、粒径、尺寸分布等信息。
水热法制备的二
氧化钛颗粒通常呈现出成群、聚集的簇团状，需要进行超声分散等处理以
得到均匀的样品。
3.红外光谱傅里叶变换（FTIR）。
使用FTIR分析样品的表面化学组成、官能团等信息。
水热法制备的二氧化钛颗粒表面常常被表面活性剂包覆，需要对其进行去结晶和清洗，以提供准确的分析结果。
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。
机械力化学反应法制备纳米金红石型二氧化钛的研究
文章编 号 ：０４ １５ （０ ７ １ —２ ８０ １０ —６ ６ ２ ０ ） １１３ －５
机 械 力 化 学 反 应 法 制 备 纳 米 金 红 石 型 二 氧 化 钛 的 研 究
沈 俊 ， 朱达川 陈逸 伟 ， ， 涂铭旌
（ 四川 大学材 料科 学与工 程学 院 ， 属材 料工 程系 ， 金 四川 ， 都 成 ６０６ ） １０ ５
２ 实 验 结 果
２ １ Ｔ —Ｄ Ｇ 分 析 ． Ｇ Ｔ
利用 热重一微 商热 重法 （ Ｇ Ｄ Ｇ） 试前 驱 Ｔ— Ｔ 测 体 的热 分 解 过 程 ， 果 如 图 １所 示 。Ｔ 曲线 显 结 Ｇ 示 ， 室温 到 １０ 从 ２ ℃样 品失重 １ ％ ， ０ 并且 Ｄ Ｇ曲线 Ｔ 在 ８ ℃ 出 现 峰 值 ， 是 由 于 乙 醇 蒸 发 引 起 的。 Ｏ 这 １０ ２ ℃到 １２ ５ ℃样 品失 重 １％ ， 在 １９ 时 Ｄ Ｇ ０ 并 ３℃ Ｔ 曲线 出现一 个 明显 的 峰 ， 是 由于 样 品 中水 分 的 这 蒸 发引起 的。随后从 １ ２ 到 ３ ９ Ｔ ５℃ ８ ℃ Ｇ曲线 下 降
维普资讯
第１ ９卷第 １ １期
２０ ０ ７年 １ １月
化 学 研 究 与 应 用
Ｃ ｅ ｃ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａ ｐ ｉ ａｉｎ ｈ ｍｉ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｌ ｔ ｃ ｏ
Ｖ １ １ Ｎｏ １ ｏ ． ９． ． １
ＮＯ Ｖ．． ０ ２ ０７
的两种 钢球 ， 料 比为 ５ １ 球 ： 。由于钛 酸 四正 丁 酯黏
度 大 ， 团聚 ， 实 验 前 对 其 进 行 降稠 处 理 ， 后 易 故 然 将反 应体 系球 磨 ２ ５ ｈ 将 所 得 前 驱 体 洗 涤 、 滤 ． ， 过 并 在 ５ ℃下 干燥 。将 干燥 过 的前 驱体 放 人 球磨 罐 Ｏ 重 新球 磨 ２５ｈ利 用机 械力 将其 细 化 并在 特 定 温 ． ， 度 下对 前驱 体进行 焙烧得 到金 红石 型 ＴＯ 。 ｉ
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3h 。所得偏钛酸沉淀过滤 ,用 60 ℃pH 值为 210 ±
015 的蒸馏水洗至无 SO24 - 和 Fe2 + 。经 100 ℃烘干 后进马弗炉于 900 ℃煅烧 2h , 得纳米金 红 石 型
TiO2 粉末 。母液返回初始反应液中 ,以提高回收
率 。考虑环保因素 ,洗涤过滤后的滤液也返回初
始反应液中 。
研究工作快报
2. 4 产物性能 金红石型纳米二氧化钛粉末产物经测试后性
能见表 4 。
表 4 TiO2 产物性能列表
晶型
转化温 度/ ℃
金红石型 900
形貌 球形
平均粒 径/ nm
比表面积 / m2·g - 1
纯度/ %
80
18
99. 95
3 结论
以硫酸 法 生 产 钛 白 粉 的 中 间 产 品 钛 液 为 原 料 ,采用晶种制备 - 均匀沉淀法的新工艺 ,成功研 制了纳米金红石型二氧化钛粉末 。对所制备的二 氧化钛粉末进行了质量和特性检测 。结果表明 : TiO2 为金红石相结构 ,晶型转化完全 ,平均晶粒尺 寸为 80nm ,比表面积为 18m2/ g ,纯度为 99. 95 % , 能够达到市场所要求的质量标准 。新工艺生产成 本低 ,工艺操作简单 ,易于实现工业化 。
Preparation of Nanometer Rutile TiO2 Po wder
Gao Guilan Duan Xuechen
(Dept. of Materials Science and Engineering ,Central South University ,Changsha 410083)
参考文献
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利用氮气吸附 (BET) 法测定粉末的比表面积 。
2 结果与讨论
211 煅烧温度对晶型的影响 图 1 为不同煅烧温度下 TiO2 粉末的 X 射线
衍射图 。
烧温度的升高 ,锐钛相向金红石相转变的速率显 著提高 ,粉末中金红石型的含量也相应增加 。至 900 ℃,粉末中所有晶粒结构均呈金红石型 。比较 图中曲线 c 和 d 可见 ,对于同一煅烧温度 ,煅烧时 间延长 ,没有新的衍射峰出现 ,即晶相没有变化 。
利用比表面积 (BET) 法测得金红石型二氧化 钛粉体的比表面积为 18m2/ g。由此推算得出等 效粒径为 86nm ,与 TEM 照片得出的平均粒径基 本一致 。
(a) 500 ℃,2h (b) 750 ℃,2h (c) 900 ℃,2h (d) 900 ℃,3h 图 1 不同煅烧温度下 TiO2 粉末的 XRD 图
410 ,制得正钛酸沉淀 ,脱水后用 HCl 胶溶生成具
有一定电荷的 TiO2 + 和 Ti4 + ,吸附在 TiO2 颗粒表 面 ,使其带有正电荷而不溶于稀酸 ,得正钛酸溶胶
晶种 。控制钛液中 TiO2 浓度在 55g/ L ,加入适量 晶种和表面活性剂 DBS ,中速搅拌下升温至 100 ℃
水解 10min 。然后加尿素 170g/ L ,于 80 ℃下反应
本试验利用我国绝大多数钛白粉生产厂家采 用的硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物 ———钛液 为原料 ,以晶种制备 - 均匀沉淀法为基础 ,外加自 制晶种为金红石促进剂 ,成功制备了纳米金红石 型二氧化钛 。此法不仅大大降低了生产纳米 TiO2 的成本 ,而且操作简单 ,易于实现工业化 。
1 实验过程
1. 1 原料和试剂 钛液 :株洲化工厂工业 TiOSO4 溶液 (成分分
TiO (OH) 2 = TiO2 ( s) + H2O
(4)
113 样品测试
原料成分 、晶种溶液成分及中间过程测试采
用化学分析 。总钛的测试采用 Al 片还原 、高铁盐
氧化还原滴定法 ;钛液中 Ti3 + 直接用高铁盐氧化
还原滴定 ;亚铁含量用 KMnO4 氧化还原滴定法进 行分析 ;有效酸含量采用酸碱中和滴定 。
硅酸盐通报 2004 年第 1 期
研究工作快报
纳米金红石型二氧化钛粉末的制备及表征
高桂兰 段学臣
(中南大学材料科学与工程学院 ,长沙 410083)
摘 要 利用硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物 ———钛液为原料 ,采用晶种制备 - 均匀沉淀法 ,
成功制备纳米金红石型二氧化钛粒子 。利用 TEM ,XRD ,BET , ICP - AES 等分析测试技术对粉体粒子的 性能进行表征 。结果表明 ,所得二氧化钛粒子为金红石型 ,形貌呈球形 ,平均粒径达 80nm ,产品纯度达 99. 95 % ,能满足市场需要 。
Keywords nanometer rutile TiO2 powder seed - homogeneous precipitation
90
化钛超细粒子. 功能材料 ,1999 ,30 (5) :495～497 5 林元华 ,张中太 ,黄淑兰 ,等. 纳米金红石型 TiO2 粉体
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图 2 金红石型 TiO2 的 TEM 照片
2. 3 产品纯度
对所得二氧化钛粉末的纯度采用 ICP - AES
进行成分分析 ,测定杂质成分含量 ,利用差减法得
出粉末纯度 ,其成分如表 3 。
表 3 纳米 TiO2 粉末纯度分析结果
%
元素
含量
元素
含量
元素含量ຫໍສະໝຸດ Mn0. 0018Mg
0. 001
Cr
析见表 1) 。 尿素 :分析纯 十二烷基磺酸钠 (DBS) :分析纯 硫酸氧钛 :分析纯
表 1 工业 TiOSO4 溶液的成分
TiO2/ g·L21
Ti3 + / g·L21
Fe/ TiO2
澄清度 F
142. 0
1. 17
0. 4
合格 3. 3
112 实验方法
实验中 , 金红石晶种制备是将 TiOSO4 溶液 (90g/ L) 用碱液中和 ,终点控制在 pH 值为 3. 5～
反应方程式 :
TiO2 + + 2OH2 = TiO (OH) 2
(1)
(NH2) 2CO + 3H2O = CO2 + 2NH3·H2O (2)
作者简介 :高桂兰 (1976～) ,女 ,硕士研究生.
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硅酸盐通报 2004 年第 1 期
研究工作快报
TiO2 + + 2NH3·H2O = TiO (OH) 2 + 2NH4+ (3)
Abstract The nanometer rutile TiO2 powder was prepared by the seed - homogeneous precipitation method , using industrial TiOSO4 solution as raw material . The behaviors of TiO2 powder were characterized by XRD , TEM , BET and ICP - AES methods. The experimental results show that the TiO2 particles prepared are rutile ,spherical and nanometer. The average particle diameter is 80nm. The purity of TiO2 powder is 99. 95 %. The nanometer titanium dioxide powder prepared by the metioned method can meet the needs of markets.
利用电感耦合 - 等离子体发射光谱法 ( ICP -
AES) 对二氧化钛粉末产品进行成分分析 。
制备的二氧化钛粉末的各项物理性能 ,分别
采用日本岛津 XD - 3A 型 X 射线衍射仪测定粉体
样品的物相组成和晶型 ,日本 HITACHI H - 800EM
型透射电镜 ( TEM) 观察样品的粒径大小与形貌 ,
可见 ,500 ℃煅烧 2h 所有晶粒均为锐钛矿相 结构 。当煅烧温度升高 ,粉末开始出现金红石型 结构 。随着煅烧温度的进一步提高 ,锐钛型特征 衍射峰 (2θ为 25. 2°) 逐渐减弱 ,金红石型特征衍 射峰 (2θ为 27. 4°) 逐渐增强 。表 2 是根据衍射峰 强度计算得到 TiO2 颗粒金红石型的含量 。随煅
0. 001
Si
0. 00048
Cu
0. 0001
Co
0. 001
Al
0. 0034
V
0. 0022
Ni
0. 001
Ca
0. 01
Pb
0. 00082
Sn
0. 0078
Fe
0. 013
Zn
0. 001
Sb
0. 0088
TiO2
99. 95
由表 3 得知 ,所得样品纯度达 99. 95 %。
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硅酸盐通报 2004 年第 1 期
reactive turbulent flows. J Aerosol Sci ,1991 ,22 (5) : 637～ 655 7 施利毅 ,李春忠 ,陈爱平 ,等. 高温气溶胶反应器中制 备纳米 TiO2 颗粒的形态和结构. 华东理工大学学报 , 1994 ,25 (2) :151～155 8 Kamal A M ,Xiong Y,Sotiris E P. Vapor synthesis of titania powder by titanium tetrachloride oxidation. AICHE Journal , 1991 ,37 (10) :1561～1570