以TiOSO_4为原料低温液相制备锐钛矿型纳米二氧化钛

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收稿日期 ：2009-4-9 基金项目 ：广东省教育部产学研基金资助项目，编号 ： 2007A090302069 作者简介 : 李宗任，男，硕士生。从事纳米二氧化钛的 制备及应用研究。 E-mail:278334142@
1144││中中国国陶陶瓷瓷││CCHHIINNAA CCEERRAAMMIICCSS││22000099((4455))第第 99 期期
长大有一定的抑制作用。 4）低温液相制备纳米二氧化钛，方法工艺简单、反
应条件温和 , 生产的产品粒径小 , 粒度分布窄 , 结晶良好， 比表面积大，具有很好的工业应用前景。
图 5 不同聚乙二醇 -2000 浓度条件下得到的 XRD 图谱
参考文献
图 6 PEG-2000 浓度对纳米二氧化钛粒径的影响
图 7 粒径随反应时间的变化图 8.1nm、7.2nm、6.9nm 和 6.5nm, 如 图 6， 由 此 可 以 看 出随着分散剂加入量的增多纳米二氧化钛的粒径逐渐减 小，说明分散剂对 TiO 的粒径有一定的控制能力。
图 1 是 纳 米 二 氧 化 钛 粉 体 的 XRD 图 谱， 从 图 １ 可 以看出纳米二氧化钛粉体均出现了 TiO 锐钛矿 (101) 的
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特 征 XRD 峰 (2θ=25.4 ° )， 说 明 纳 米 二 氧 化 钛 样品 具有较好的结晶性能。从最高吸收峰的半峰宽计算得到
子在高温煅烧过程中可能出现的晶粒长大和烧结现象 。 [15]
采用廉价、工艺简单的制备方法获得高性能的纳米
TiO2，是现今工业化生产纳米 TiO2 所追求的主要目标。
制备纳米 TiO2 最常用的原料是钛醇盐、四氯化钛（TiCl4）
和硫酸氧钛 (TiOSO )，工业生产中应用较多的是四氯化 4
钛和硫酸氧钛。但与 Ti(OR) 和 TiCl 相比 TiOSO 价格
的粒径大小为 6.2nm。图 2 是纳米二氧化钛的粒径分布图， 从图 2 可以看出纳米二氧化钛的粒径分布在 4 ～ 10nm， 粒度分布窄 , 平均粒径约 6nm, 与 XRD 计算的结果基本 相符。
图 3 是纳米二氧化钛的高分辨率透射电镜图，从图 3 可以看出纳米二氧化钛晶体的清晰晶格条纹，单粒子形 状为球形，101 晶面晶格宽度 d=0.352nm, 是锐钛矿型纳 米二氧化钛的典型特征，与 XRD 图谱反映的晶型吻合。 图 4A 与图 4B 为在不同标尺下测定的原子力显微镜的图 谱，可以看出制备的纳米二氧化钛样品为圆球形颗粒组 成，样品的二次平均粒径大小约为 60nm。
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触模式。Micro Meritics FlowSorb Ⅲ 2310 比表面仪测 定粉体的比表面积，BET 法，100℃下 He 气流吹扫 1 小时， 气体流量 30ml/min。
2 结果与讨论 2.1 纳米二氧化钛的制备与表征
向 硫 酸 氧 钛 中 加 入 2% 的 硝 酸 和 2% 的 聚 乙 二 醇 -2000 在 90℃的水浴锅中加热 4 小时，得到纳米二氧化 钛 粉 体， 然 后 用 用 XRD、LS、HRTEM、TEM、AFM 等对制得的纳米二氧化钛粉体进行表征。
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acid red 44[J]. Catalysis Today, 2003（87）: 77-86 [4]Terusihao, Miyakoa, Tsutomuu,et al. Preparation of sdoped TiO photocatalysts and their photocatalytic
1 试验部分
1.1 试剂
硫酸氧钛，化学纯 (98.0％ ) ；无水乙醇 (Ethano1)， 化学纯(99.7％);硝酸(Nitric acid)，化学纯(65.0-68.0％); 聚乙二醇 -2000，化学纯 ；蒸馏水
1.2 纳米二氧化钛的制备过程
将蒸馏水加入 TiOSO4 中形成透明溶液，然后将 2% 的 硝 酸 和 浓 度 分 别 0.5%、1%、2%、4%、5% 的 聚 乙 二 醇 -2000（PEG-2000） 作 为 分 散 剂 加 入 到 透 明 溶 液 中。 将 上述溶液放在 90℃的水浴锅中加热 4 小时 , 产物经离心 分离、洗涤和真空干燥得到纳米二氧化钛粉体。
1）以 TiOSO 为制备纳米二氧化钛的原料，通过低 4
温（90℃）液相可以制备出粒径小，结晶良好，比表面 积较大的球形纳米二氧化钛。
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1.3 纳米二氧化钛的表征
用 日 本 理 学 公 司 的 D/max–RA 型 X 射 线 衍 射 (X-ray diffraction，XRD) 仪对纳米二氧化钛进行 XRD 分 析。 采 用 CuK 辐 射 源， 靶 电 压 为 40kV， 靶 电 流 为
α
80mA，用石墨单色器滤波，波长 λ=0.1541nm，扫描范 围为 2θ=10°～ 60°扫描速度为 8° /min，步长为 0.02°对 所得粉体进行 XRD 分析。并根据 (101) 晶面最强衍射峰 的半峰宽 β 和 Scherrer 公式 [17] 计算得 TiO2 的平均粒径。
化钛杀菌和除臭 [1-5]、净化空气和水 [6,7] 等许多方面都有
广泛的应用前景。纳米二氧化钛 (TiO2) 由于的比表面积、 表面原子数、表面能随粒径的下降急剧增大，表现出小
尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效
应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规材料
的新特性 [8]。
目前制备纳米 TiO2 的方法主要有低温液相法 [9]、高 温水热法 [10]、化学沉淀法 [11]、溶胶 - 凝胶法 [12]、机械化 学法 [13]、微乳法 [14] 等。其中低温液相法工艺简单、反应 条件温和，这既有利于降低生产能耗 , 又可避免纳米粒
【 摘 要 】：以 TiOSO4 为 原 料 , 聚 乙 二 醇 2000( PEG-2000) 为分散剂 , 在 90℃加热 , 制备出锐钛矿型纳米
二氧化钛粉体，用 X 射线衍射 (XRD)、激光散射粒径分析（LS）、
比表面积分析（SBET）、高分辨率电镜（HRTEM）和原子力
显微镜（AFM）等表征了粉体的晶型、比表面、粒径分布和
2009 年 第 9 期 图 1 纳米二氧化钛的 XRD 图谱
中国陶瓷
图 2 纳米二氧化钛的粒径分布图
图 4 纳米二氧化钛在不同尺度下的 AFM 图谱（A）2μm（B）300nm
图 3 纳米二氧化钛的 HRTEM 图及电子衍射图
小。 采 用 Micro Nano SPM-I 原 子 力 显 微 镜 (AFM) 对 纳米 TiO 粉体的表面微观结构进行观测，扫描模式为接
中Vol国.45陶No瓷.9 Sep.2009
研究与开发
中国陶瓷
第2200200407950年年9卷年第第第9 19月9期期期 文章编号 ：1001-9642（2009）09-0014-04
以 TiOSO4 为原料低温液相制备锐钛矿型纳米二氧化钛
李宗任，陈小泉 （华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室， 广州 510640）
2.3 聚乙二醇 -2000 的浓度对纳米二氧化钛晶型 和粒径的影响
图 5 是在硝酸浓度为 2%，温度为 90℃下条件下分 别 向 硫 酸 氧 钛 中 加 入 0.5%、1%、2%、4% 和 5% 的 聚 乙 二醇 -2000 制得的纳米二氧化钛粉体的 XRD 图谱，从图 5 可以看出当聚乙二醇 -2000 的浓度为 1% 时 101 晶面的 吸收峰最高，纳米二氧化钛的结晶度最高，晶形更为完 整。由 Scherrer 公式估算得粉体平均粒径分别为 8.7nm、