纳米二氧化钛

纳米二氧化钛的制备及活度测定

实

验

报

告

小组成员：

指导老师：翁永根

纳米二氧化钛的制备及活度检测

一、实验目的：

1、探索二氧化钛的制备方法，寻求最简便的制备过程，培养学生的实验

创新能力。

2、了解二氧化钛的性质与作用。

3、掌握二氧化钛活度检测方法。

二、实验原理：

1、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。

2、反应物为水、钛酸四丁酯（Ti（O-C4H9）4），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。使钛酸四丁酯在乙醇红水解生成Ti （OH）4，脱水后即可得到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，就可以得到二氧化钛。TiO2溶胶凝胶法的制备主要包括2个部分：水解缩合、凝结。缩合是将溶质分子或离子缩合为大分子聚合物即胶粒的过程。这些胶粒分散在介质中称为溶胶。在一定条件下，胶粒聚集、合并，并转化成湿凝胶称为凝结。在sol-gel过程中，钛酸丁酯的水解——缩聚反应速度极快，会立即生成沉淀，影响TiO2的细化。我们可以通过加入水解抑制剂、配置滴加液，并控制滴加速度等方法来抑制沉淀的产生，从而形成均匀稳定的溶胶。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。

水解产物为含钛离子溶胶：

Ti（OC4H9）4 +4H2O==Ti（OH）4+4C4H9OH

Ti(OH)4+Ti(OC4H9)4==2TiO2+4C4H9OH

Ti(OH)4==TiO2 +2H2O

三．仪器与试剂

（1）仪器

分析天平，普通天平，温度计，电炉，烧杯，洗瓶，玻璃棒，布氏漏斗，吸滤瓶，滤纸，真空泵，，精密试纸（3.8-5.4,5.5-9.0），广义pH试纸，石棉网，锥形瓶，试剂瓶，磁力搅拌器，光反应装置，坩埚。

公用仪器：高温炉，烘箱，恒温水浴锅，太阳光模拟器，离心机。

（2）试剂

亚甲基蓝，甲基橙，H2SO4，HCl，醋酸，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛，纳米二氧化钛，p25.，无水乙醇（以及其他自己需要的药品）。

四．实验步骤

以钛酸正丁酯为前驱物，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为螯合物制备二氧化钛溶胶。

1、室温下取10ml钛酸正丁酯，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+10ml蒸馏水→加到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=3-4。

3、室温水浴下在剧烈搅拌下将已经移入恒压漏斗中的溶液中的溶液A缓慢滴入溶液B中，滴速大约为3ml/min。

4、滴加完毕后得到浅黄色溶液，继续搅拌半小时后，40摄氏度水浴加热，2h 后得到白色凝胶（倾斜烧瓶凝胶不流动）。

5、将凝胶加热浓缩，得黑色粉末。

6、在600摄氏度下热处理2h得到二氧化钛（纯白色）粉体。

7、配制0.001mol/L的亚甲基蓝。并测其吸光度。

8、称取0.1g二氧化钛，放入反应器，加入80ml0.001mol/L的亚甲基蓝。反应40分钟。测定反应后的亚甲基蓝的浓度。

五、注意事项

1、所有取用钛酸丁酯的胶头滴管、烧饼、量筒、玻璃棒等都需要无水。

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。切忌先用水洗涤。

六．实验数据

测量活度所用二氧化钛的质量：0.10g.

七．数据处理

亚甲基蓝降解率=A0－A1/A0*100%=0.993-0.791/0.993*100%=20.34%

甲基橙降解率=A0－A1/A0*100%=0.633-0.626/0.633*100%=1.11%

八、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。

实验图片

溶液A 凝胶

凝胶加热浓缩烘干

黑色粉末白色粉末