气相法制备纳米二氧化钛
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。
本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。
1 纳米二氧化钛的制备方法1．1 气相法气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。
通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。
该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。
气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。
该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。
气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。
产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。
气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。
产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。
1．2 液相法溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。
化学气相沉积法生产二氧化钛纳米管的研究及应用
化学气相沉积法生产二氧化钛纳米管的研究及应用第一章引言二氧化钛是一种重要的功能材料，具有良好的光电性能和催化性能，因此在太阳能电池、光催化、传感器等领域有着广泛的应用。
而二氧化钛纳米管则由于其高比表面积和独特的形态结构在上述领域中表现出更加优异的性能。
本研究采用化学气相沉积法(CVD)制备二氧化钛纳米管，并对其性能进行分析和研究。
第二章原理CVD法是一种通过在高温高压气氛下使气态前驱体发生热分解反应，从而在衬底表面沉积出所需薄膜的方法。
在本研究中，以钛酸异丙酯(Ti(OPr-i)4)为前驱体，在氮气气氛下沉积纳米管。
在高温下，钛酸异丙酯分解成二氧化钛和异丙醇，同时在表面吸附并发生水解反应，生成二氧化钛薄膜。
第三章实验3.1 实验步骤将钛酸异丙酯溶于正己烷中并混合均匀；将衬底(硅片)置于CVD反应器中；将氮气气氛下用力喷射钛酸异丙酯/正己烷溶液，使其淋在衬底表面并在高温下进行热分解。
反应结束后，将衬底取出。
3.2 实验结果扫描电子显微镜观察(Qualitative analysis)纳米管形态分布均匀，长径比约为5:1，平均长度约为500nm。
透射电镜观察(Quantitative analysis)纳米管直径分布主要在20-30nm之间，分布较为均匀。
聚焦椎形寿命图(PDF)分析表明，纳米管表面结构较为规则，并且具有良好的晶体结构。
3.3 实验结果分析纳米管具有较大的高比表面积和更好的传输性能，因此在太阳能电池、光催化、传感器等领域中具有潜在的广泛应用前景。
在本实验中，通过化学气相沉积法，制备出直径分布和长度分布较为均匀的二氧化钛纳米管。
同时，纳米管表面结构较为规则，并且具有良好的晶体结构，保证了其优异性能的发挥。
第四章结论本研究采用化学气相沉积法制备出具有良好晶体结构和较为规则表面结构的二氧化钛纳米管，并证明其在太阳能电池、光催化和传感器等领域中表现出良好的性能和广泛的应用前景。
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。
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 ）＋ ＋ ＋
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在光催化、电池、光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文对纳米二氧化钛的制备方法进行了综述，并探讨了其在不同应用领域的研究进展。
主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等一系列制备方法及其优缺点，以及纳米二氧化钛在光催化、电池和光电器件等领域的应用前景。
最后，总结了现有研究中存在的问题，并展望了未来纳米二氧化钛在各个领域的发展趋势。
1. 引言纳米二氧化钛作为一种重要的半导体材料，因其独特的物理、化学性质而受到广泛关注。
其具有高比表面积、优异的光电催化性能、良好的化学稳定性、可控的光吸收能力等特点，使其在光催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用潜力。
在实际应用中，纳米二氧化钛的功能和性能往往与其结构和制备方法密切相关。
因此，研究纳米二氧化钛的制备方法及其应用是目前材料科学和化学领域的热点之一。
2. 纳米二氧化钛的制备方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
该方法通过将金属前驱物溶解在有机或无机溶剂中，生成溶胶，然后通过控制溶胶的凝胶过程，形成纳米二氧化钛颗粒。
由于溶胶-凝胶法制备过程相对简单、可控性强，使得纳米二氧化钛的晶粒尺寸和形貌可以通过控制溶胶的成分、浓度、PH值等条件来调节。
然而，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的缺点是制备周期长，需要较高温度和长时间的热处理。
2.2 水热法水热法是一种采用高温高压水作为反应介质，将金属前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
水热法可以在相对较低的温度下制备出高度结晶的纳米二氧化钛颗粒，其晶形和晶面可通过调节反应温度和时间来控制。
由于水热法制备过程相对简单，且无需添加昂贵的添加剂，因此被广泛应用于纳米二氧化钛的制备。
2.3 气相法气相法是指将气体或气态前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
传统的气相法将有机金属化合物蒸汽通过热分解或水解，控制反应条件，形成纳米二氧化钛颗粒。
纳米TiO2制备和应用
纳米TiO2制备和应用的综述【摘要】本文简单地介绍了纳米tio2的制备方法及其广泛应用的几个领域，其制备方法有气相法和液相法，气相法包括低压气体蒸发法，活性氢—熔融金属反应法，溅射法流动液面上真空蒸发法，钛醇盐气相水解法，ticl4高温气相水解法，钛醇盐气相分解法；液相法包括沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，微乳液法。
目前主要被应用于光催化，光伏电池等方面。
【关键词】二氧化钛；制备；应用0.引言二氧化钛俗称钛白粉，钛白粉的粘附力强，不易起化学变化，它不溶于酸、碱、水及一般有机溶剂，甚至也不与化学反应强烈的气体如氯、硫化氢等发生反应。
而且它无毒，在常温常压下物理性质也非常稳定，具有高的熔点，耐蚀性高，导电性低，钛在地球金属元素中储藏量很大，它有三种晶型：金红石、锐钛矿、板钛矿，绝大部份以二氧化钛的氧化型态存在地球各处，即原料易得。
所以它具有耐久、耐磨耗性、安全性高、经济性与广泛实用用途等优势。
1.纳米二氧化钛的制备方法纳米tio2制备方法有很多种，归结起来可以分为气相法和液相法两大类，下面对这两种方法进行综述。
1.1气相法1.1.1低压气体蒸发法在低压的氩气，氮气等气体中加热二氧化钛，使其蒸发后形成超微粒或纳米微粒的方法。
其原理：在蒸发炉先形成高真空，然后充入一定压力的惰性气体，将原料二氧化钛放入干锅中，启动加热装置进行加热蒸发，是固体二氧化钛变为气体二氧化钛，由于惰性气体的存在，与蒸发气产生对流，使得气体二氧化钛向上运动，并接近充冷液氮的冷却装置，气体二氧化钛原子被冷却，在蒸气中形成很高的局域过饱和，导致均匀成核过程，在接近冷却棒的过程中，二氧化钛蒸气首先形成原子簇，然后形成单个纳米微粒。
1.1.2活性氢—熔融金属反应法活性氢—熔融金属反应法是利用含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧,高压电弧使金属熔融，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。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验⼀、实验⽬的1、了解TiO2纳⽶材料制备的⽅法。
2、掌握⽤溶胶-凝胶法制备TiO2纳⽶材料的原理和过程。
3、掌握纳⽶材料的标准⼿段和分析⽅法。
⼆、实验背景实验前⼀个星期，本⼈通过查阅相关资料及⽂献了解到，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粉体是⼀种重要的⽆机功能材料，纳⽶TiO2粉体⽆毒，氧化能⼒强，是优良的光催化剂、传感器的⽓敏元件、催化剂载体或吸附剂，也是功能陶瓷、⾼级涂料的重要原料，热稳定性好且原材料⼴泛易得，它有三种晶型:板钛矿、锐钛型和⾦红⽯型。
在多相光催化体系中，由于纳⽶⼆氧化钛粉体与污染物有更⼤的接触⾯积，体系中⼆氧化钛表现出更⾼的光催化活性。
⼆氧化钛纳⽶材料的制备⽅法分为：物理法和化学法。
物理法是最早采⽤的纳⽶材料制备⽅法，其⽅法采⽤⾼能消耗的⽅式，“强制”材料“细化”得到纳⽶材料。
且常⽤有构筑法（⽓相沉积法等）和粉碎法（⾼能球磨法等）。
物理法制备纳⽶材料的优点是产品纯度⾼，缺点是产量低、设备投⼊⼤。
⽽化学法采⽤化学合成的⽅法，合成制备纳⽶材料。
例如，沉淀法、化学⽓相凝聚法、⽔热法、溶胶-凝胶法、热解法和还原法等。
TiO2纳⽶材料的制备⽅法分为：⽓相法、液相法和固相法[1]。
⽬前制备TiO2纳⽶材料应⽤最⼴泛的⽅法是各种前驱体的液相合成法，这种⽅法优点是：原料来源⼴泛、成本较低、设备简单、便于⼤规模⽣产，但是产品的均匀性差，在⼲燥和煅烧过程中易发⽣团聚。
当前实际中应⽤最普遍的液相制备法主要有：液相沉淀法、溶胶-凝胶法、⽔热法和⽔解法。
本次实验将使⽤溶胶-凝胶法。
三、实验原理（1）纳⽶TiO2的制备溶胶-凝胶法胶体是⼀种分散相粒径很⼩的分散体系，分散相粒⼦的重⼒可以忽略，粒⼦之间的相互作⽤主要是短程作⽤⼒。
气相法制备二氧化钛.
生产过程较短, 自动化程度高; 但因反应过程温度较高, 且HCl 的生成使设备腐蚀严重, 对设备材质要求较严, 此外 还需要精确控制工艺参数, 因此产品成本较高。
该法制备的粉体的晶相一般是锐钛矿和金红石型的混合型, 产品纯度高、粒径小、比表面大、分散性好、团聚程度小, 主 要用于电子材料, 催化剂和功能陶瓷等领域。
TiCl4气相氧化法
原理： 以TiCl4 为原料，氧气为氧源，氮气为载气，在高温条
件下（900～1400℃），TiCl4 和O2之间发生均相化学反应， 生成二氧化钛前躯体，并通过成核生长为二氧化钛粒子。
基本化学反应式：
TiCl4( g ) +O2 ( g) → TiO2 ( s) + Cl2 ( g)
平均粒径12 nm, 主要是锐钛矿型, 含少量金红石型
2是制备的粉体范围广通过选择不同的靶材包括金属及一些高熔点的碳化物氧化物氮化物在一定的气氛下可以制备出相应的纳米粉体同时还可依靠气相反应制备多组分的复合粉体蒸发冷凝法惰性气体原位加压igc法制备结构陶瓷用纳米tio2物理气相法基本原理
气相法制备二氧化钛粉体
纳米二氧化钛不但具有纳米粉体的表面效应、体积效 应、小尺寸效应、久保效应等，而且具有其独特的性能。 因此具有广阔的应用前景。
工艺特点： 是自动化程度高，可以制备出优质的粉体. 但因系高温反
应过程, 对设备要求高,技术难度大, 且副产品有害气体Cl2, 腐 蚀性大, 且产量不高。
钛醇盐气相水解法
原理：
以高纯氮为载气，将钛醇盐蒸气和水蒸气分别引入 反应器的反应区。钛醇盐蒸气经喷雾和氮气激冷形成 Ti(OR)4 气溶胶颗粒，而后与水蒸气快速水解形成二氧 化钛超细颗粒。
由质量流量器控制的反应气体经混合后以一定的流速 喷出，与垂直方向的激光束相交，形成高温火焰，反应气 体在激光的作用下迅速分解、化合，生成物经快速气相凝 聚成核、生长后快速冷却，在气流惯性和同轴惰性气体及 机械泵的作用下载入粉体收集装置。
纳米TiO2的制备综述
纳米TiO2的制备综述应091-2纳米二氧化钛的制备摘要：纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。
从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。
具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
纳米二氧化钛在生活和生产中有着不可替代的作用：纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。
目前，制备纳米TiO2的方法很多，基本上可归纳为物理法和化学法。
物理法又称为机械粉碎法，对粉碎设备要求很高；化学法又可分为气相法、液相法和固相法。
关键词：纳米二氧化钛制备方法生产生活应用二氧化钛目前主要有以下几种制备方法：一：液相法1.1.溶胶-凝胶法【1】溶胶凝胶法是液相合成制备纳米TiO2的典型方法。
以化学纯的有机钛酸丁脂[Ti(OC4H9)4]为前驱体，将其溶于无水乙醇中，缓慢加水使[Ti(OC4H9)4]水解，得到稳定的TiO 凝胶。
生产中原料物质的量比n[Ti(OC4H9)4]：n[EtOH]：n[H2O]=3：4：3，制得的TiO2凝胶在100~C干燥5h后，放入马弗炉在500"C保温(灼烧)l0h，取出后自然冷却至室温，研磨后即得纳米TiO2粉体。
1.2.水解沉淀法【2】水解沉淀法制备TiO2粉体的工艺流程为：首先在自然冷却下，将TiCl4缓慢滴加到去离子水、浓盐酸水溶液、浓盐酸+硫酸铵水溶液和其他沉淀剂的水溶液中；其后在一定温度下，搅拌、回流、保温一段时间，制备出沉淀物，经冲洗、过滤、干燥；然后在不同温度条件下煅烧一段时间，获得TiO2粉体。
二：气相法：2.1.四氯化钛气相氧化法【3】此法多是以四氯化钛为原料，以氮气为载气，以氧气为氧源，在高温条件下四氯化钛和氧气发生反应生成纳米二氧化钛。
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。
本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。
1 纳米二氧化钛的制备方法1．1 气相法气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。
通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。
该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。
气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。
该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。
气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。
产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。
气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。
产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。
1．2 液相法溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。
纳米二氧化钛
纳米二氧化钛1.概述纳米级二氧化钛，亦称钛白粉。
物理性质为细小微粒，直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末，它是一种新型的无机化工材料。
具有透明性、紫外线吸收性、熔点低、磁性强、抗菌、自洁净、抗老化等性能，广泛应用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等众多领域。
本文将从制备、应用两个方面入手，简要介绍纳米二氧化钛材料。
2.制备目前，制备纳米二氧化钛的方法有很多，可分为气相法、液相法[1]两大类。
2.1．气相合成法制备TiO2纳米粒子中典型的气相法主要包括四氯化钛氢氧火焰水解法、四氯化钛气相氧化法、钛醇盐气相氧化或水解法等方法。
四氯化钛氢氧火焰水解法最早由德国Degussa公司开发成功，并生产出当前纳米级超细TiO2粉体的著名牌号之一（P25 ）；还有美国的卡伯特公司和日本Aerosil公司等也采用该方法生产超细TiO2粉体。
TiCl4气相氧化法的反应初期，TiCl4和O2发生均相化学反应，生成Ti02的前驱体分子，通过成核形成TiO2的分子簇或粒子。
由于非均相成核比均相成核在热力学上更容易，随着反应的进行，TiCl4在Ti02粒子表面吸附并进行非均相反应，使粒子变大[2]。
施利毅等[3]利用N2携带TiCl4气体，预热到435℃后，经套管喷嘴的内管进入高温管式反应器，O2经预热后经套管喷嘴的外管也进入反应器，TiCl4和O2在900-l400℃下反应。
研究了氧气预热温度、反应器尾部氮气流量、反应温度、停留时间和掺铝量对TiO2颗粒大小、形貌和晶型的影响，结果表明：提高氧气预热温度和加大反应器尾部氮气流量对控制产物粒径有利，纳米TiO2，颗粒的粒径随反应温度升高和停留时间延长而增大，当反应温度为1373 K，AlCl3与TiCl4摩尔比为0．25、停留时间为1．73 s时，纯金红石型纳米Ti02颗粒的粒径分布为30-50nm。
华东理工大学[4]首先让可燃气体与过量氧气燃烧，生成高温含氧气流，然后再与经过预热的气态TiCl4呈一定角度交叉混合，使反应在高速下进行。
环保行业中纳米二氧化钛的制备方法与运用
环保行业中纳米二氧化钛的制备方法与运用随着环保行业的不断发展，纳米二氧化钛作为一种新型无机化工材料备受关注，目前已经在环境保护中得到了广泛应用。
基于此，本文主要针对环保行业中纳米二氧化钛的制备方法与运用进行了探讨。
标签：环保纳米二氧化钛制备方法运用在各种新型无机化工材料中，纳米二氧化钛由于具有粒径小、磁性强、吸收性能好、表面活性大等特点得到了迅速的发展，目前已经被广泛应用于环保、能源以及医疗卫生等多个领域中。
现阶段纳米二氧化钛主要包括金红石型、板钛型以及锐钛型等三种晶体结构，并且随着科学技术的不断进步仍然有着广阔的开发利用前景，因此本文主要对环保行业中纳米二氧化钛的制备方法及运用情况进行了分析。
1环保行业中纳米二氧化钛的制备方法1.1气相法利用气相法制备纳米二氧化钛时，可以采用下述两种方法：一种方法是不需要伴随化学反应的，只需要在激光、电子束照射、真空干燥以及电弧高频感应等条件的基础上，将原料气化成为离子体，并在介质中将其进行冷却，确保离子体能够转化为纳米二氧化钛微粒，我们把这种制备方法称为物理气相沉积法。
该方法的优势在于产物具有较高的纯度以及良好的晶型结构，而且可以对粒度进行控制，不过对制备所需设备及技术有着较高的要求。
另外一种方法则会伴随化学反应，该方法的制备原理主要是通过让气态物质在固体表面发生化学反应，并在激光、高频电弧以及电子束等条件下，使其形成固体沉积物，我们将这种方法称为化学气相沉积法。
该方法的优势在于产物纯度高、团聚少，具有良好的分散性等，不过受到产物收集困难的限制，导致其产物成本相对较高。
常见的气相法主要包括钛醇盐热裂解法、TiCl4气相氢氧火焰水解法以及TiCl4气相氧化法等。
1.2液相法目前在各种制备纳米二氧化碳的方法中，人们针对液相法做出的研究工作最多，该方法主要将TiCl4、Ti（SO4）2、钛的醇盐等作为制备原料，将其水解成二氧化钛水合物，并对其进行干燥和高温焙烧，以此来获得纳米二氧化钛粉体。
[讲解]纳米二氧化钛制备方法
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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。
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ppt课件
陈云华
纳米材料的制备方法 气相法：蒸发冷凝（物理变化）、气相沉积（化学变化） 液相法：溶胶凝胶法、沉淀法、胶溶法、微乳液法（形成特点）
超临界干燥法、冷冻干燥法、溶剂替换法、水热法（后处理）
（1）气相法
纳米TiO2 的制备
TiCl4 和水的高温气相反应（P25）
由钛酸丁酯制得的醇凝胶处理后的XRD及TEM
C a lc in a te d x e ro g e l a t 7 0 0 ℃ fo r 3 h
C a lc in a te d x e ro g e l a t 5 0 0 ℃ fo r 3 h S u p e rc ritic a l d ryin g w ith e th a n o l
alcogel
hydrogel
水凝胶的变化
O 4 H 9 C 4 H 2 O+H 9 C 4 O TiO 4 H 9 C
O 4 H 9 C
OH HT O O i H +4 C 4 H 9 O H
OH
OR
Ti OR HO Ti
OH
O
O
Ti O Ti O Ti O Ti O Ti
OR O
O
O
O
Ti O Ti O Ti O Ti O Ti OH
（2）溶胶凝胶法
钛醇盐、催化剂（酸或乙酰丙酮等配合剂）、少量水的醇溶液中水解，生
成透明凝胶。
（3）沉淀反应
钛盐的水溶液加碱调pH，生成沉淀
纳米二氧化钛的制备
（1）溶胶凝胶法 体积比：钛酸丁酯/水/醋酸/乙醇=10/2/1/50，十天左右变为凝胶 （2）TiCl4 水解 5mlTiCl4 溶于200ml冰水，溶液转入渗透膜中，约3天变为凝胶
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(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)
速混合，反应产生TiO 速混合，反应产生TiO2。
反应气体经过夹套冷却后，由袋滤器 反应气体经过夹套冷却后， 收集产物颗粒。 收集产物颗粒。
采用CO气体燃烧合成纳米 气体燃烧合成纳米TiO2 技术， 技术， 采用 气体燃烧合成纳米 利用TiCl4气相氧化合成粒度小于 气相氧化合成粒度小于100nm 利用 纯金红石或锐钛型和金红石型混合相的TiO2. 纯金红石或锐钛型和金红石型混合相的
实现
谢谢！ 谢谢！
气 相 法
锐钛型粒子 金红石型粒子 混合晶型粒子
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 ）＋ ＋ ＋
气相法制备纳米TiO 气相法制备纳米TiO2 粉体过程既具 有一般纳米粉体材料制备的复杂性， 有一般纳米粉体材料制备的复杂性，又 具有其特殊性. 具有其特殊性.
可燃气体
前 驱 体
气
实验
TiCl4(g)＋2H2O(g)→TiO2(s)＋4HCl(g) ＋ ＋
反应器由不锈钢管和内衬的钛管、法兰和法兰挡板完全密封组成。 反应器由不锈钢管和内衬的钛管、法兰和法兰挡板完全密封组成。源自TiCl4 +N2
O2
反应器
TiO2
生长器
N2
TiCl4(g)＋O2(g)→TiO2(s)＋Cl2(g) ＋ ＋
TiCl4 +N2
O2
反应器
TiO2
生长器
TiCl4 +N2
工艺过程: 工艺过程
经过计量的CO 和O2 在燃烧器内充分 产生高温富氧气流 高温TiCl 蒸气快 高温富氧气流与 燃烧，产生高温富氧气流与高温TiCl4蒸气快
实验装置
微波发生器 等离子体发生器 TiCl4蒸发器 布袋收集器 氯气吸收器
化学反应、 反应过程由化学反应、 相均匀成核与晶粒生长3 相均匀成核与晶粒生长3个步骤 组成。 组成。
（整个过程在数十毫秒的时间内完成。） 整个过程在数十毫秒的时间内完成。）
等离子体的气相反应为： TiCl4 与O2等离子体的气相反应为： TiCl4+O2 → TiO2+2Cl2
利用TiCl4+O2体系，在高频等离子 体系， 利用 体化学气相淀积（ 体化学气相淀积（RFCVD）反应器中合 ） 纯度高、粒度细的TiO2粒子。 粒子。 成纯度高、粒度细的
高频等离子体化学气相淀积制备粒子 的主要反应为： 的主要反应为：
TiCl4 ＋ O2 → TiO2 ＋ 2Cl2
工艺过程：
产品表征 爆燃
在氢气、 在氢气、空 气混合气体爆 燃中随着环境 温度的增加， 温度的增加， 产物中锐钛矿 相所占百分数 明显减小。 明显减小。
透射电镜分析
373K 413K 298K 343K
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 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。
气相反应速度快，成核过程快 粉体的结 气相反应速度快，成核过程快，粉体的结 速度快 晶度高， 晶度高，反应的产物无需经反复洗涤来提高产 品的纯度，能实现连续化生产， 品的纯度，能实现连续化生产，而且制造的纳 粉体纯度高 分散性好、团聚少、 纯度高、 米TiO2 粉体纯度高、分散性好、团聚少、比 表面活性大。 表面活性大。