以TiOSO_4为原料低温液相制备锐钛矿型纳米二氧化钛

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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。
[1]Zulkarnainz, Leekh, Mohd zh. Removal of dyes using immobilized titanium dioxide illuminated by fluorescent lamps[J]. Hazardous Materials B, 2005(125): 113-120 [2]Dunlop psm, Byraega,Mangan, et al.The photocatalytic removal of bacterial pollutants from drinking water[J]. J Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2002 (148):355-363 [3]Jungwoom, Chang y y, Kyung wc,et al. Photocatalytic activation of TiO under visible light using
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
【 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
2
acid red 44[J]. Catalysis Today, 2003(87): 77-86 [4]Terusihao, Miyakoa, Tsutomuu,et al. Preparation of sdoped TiO photocatalysts and their photocatalytic
4
4
4
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@qq.com
1144││中中国国陶陶瓷瓷││CCHHIINNAA CCEERRAAMMIICCSS││22000099((4455))第第 99 期期
完成,聚乙二醇 -2000 的加入有效抑制了晶化过程中晶粒
的长大。
【关键词】:硫酸氧钛,低温液相,纳米二氧化钛,制

中图分类号 :TQ174.75
文献标识码 :A
引言
二氧化钛晶体有三种晶型, 锐钛矿型、金红石型和 板钛矿型,每一种晶型在光折射指数、化学反应活性和
光催化活性等方面都有不同的表现。锐钛矿型纳米二氧
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、
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
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。
低廉,原料易得 [16],以其作为制备纳米二氧化钛的基本 原料,具有良好的工业化应用前景。
本文以硫酸氧钛为原料 , 采用低温液相法成功地制 备出了锐钛矿型纳米 TiO ,利用透射电镜、比表面积分
2
析仪、X 射线衍射、原子力显微镜和激光粒度分布仪对 样品进行了表征,研究了分散剂聚乙二醇 -2000 对晶粒 成长的抑制作用。
2.2 纳米二氧化钛的比表面积分析
二氧化钛纳米粒子在结构上具有尺寸小和比表面积 高等特点 , 通过比表面积仪测得在硝酸浓度为 2%,聚乙 二醇 -2000 浓度为 1%,温度为 90℃下条件下制得纳米二 氧化钛的比表面积为 139.57g/L, 说明用低温液相法可以 制备出比表面积很大的纳米二氧化钛。
2
2.4 反应时间对纳米二氧化钛粒径大小Leabharlann Baidu影响
从图 7 可以看出随着纳米二氧化钛的粒径随时间不 断增大,当加热时间达到 120 分钟后,纳米二氧化钛的 粒径不再增大,由此说明加热时间达到 120 分钟后纳米 二氧化钛结晶完成。
3 结论
以 TiOSO4 为 钛 源 , 聚 乙 二 醇 2000(PEG-2000) 为 分散剂 , 在 90℃温度下通过低温液相法制备出锐钛矿相 纳米二氧化钛粉体 , 并对影响纳米二氧化钛颗粒晶形和 大小的因素进行了详细的研究。
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)
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
2
特 征 XRD 峰 (2θ=25.4 ° ), 说 明 纳 米 二 氧 化 钛 的 晶 形 为锐钛矿型,衍射峰尖锐 , 说明制得纳米二氧化钛样品 具有较好的结晶性能。从最高吸收峰的半峰宽计算得到
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。
Scherrer 公式为
其中 ,
L—粒晶的平均粒径 ; λ—X 射线的波长 ; K —常数 , 取 0. 89 ; β—XRD 图谱中最强衍射峰半高宽 ; θ—布拉格衍射角。 采 用 英 国 马 尔 文 公 司 Mastersuzer2000 型 粒 度 测 试 仪 测 定 纳 米 二 氧 化 钛 的 粒 径 分 布。 日 本 JEOL 公 司 的 JEM200CX 型 高 分 辨 率 透 射 电 镜(High Resolution Transmission Electron Microscope,HRTEM) 观 察 粒 子的大小和颗粒的形貌,加速电压为 200kV。日本电子 公司 JEM-100CX Ⅱ型透射电镜 (transmission electron microscope,TEM) 观察纳米二氧化钛的分散性和颗粒大
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。
微观形貌,研究了分散剂聚乙二醇 -2000 的加入量对粒径
和晶形的影响,以及纳米二氧化钛粒径随加热时间的变化。
结果表明,该方法制备的纳米二氧化钛呈球形,粒径分布
为 4-10nm, 比 表 面 积 为 139.57m2/g。 当 聚 乙 二 醇 -2000
的浓度为 1% 时结晶度最好,加热时间达到 2 小时时结晶
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。
2
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。
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
2
activities under visible light[J].Applied Catalysis A: General, 2004(265): 115-121 [5]Marias, Dimitrisik, Xenophon E V,et al. Visible light-inducedphotocatalytic degradation of Acid Orange 7 in aqueous Ti02 suspensions[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2004(47):189-201 [6]Ferna'ndezp, Blancoj, Sichelc, et al. Water disinfection by solar photocatalysis using compound parabolic collectors[J]. Catalysis Today, 2005(101): 345-352 [7]Nonamit, Haseh, Funako shik,et al. Apatite-coated titanium dioxide photocatalyst for air purification[J]. Catalysis Today, 2004(96): 113-118 [8] 高濂,郑珊,张青红.纳米氧化二钛光催化材料及应用 [M]. 北京 :化学工业出版社,2002 :60-61 [9]Deng Hua, K.Cheuk. Low temperature preparation of nano TiO and its application as antibacterial agents[J].
中国陶瓷│ CHINA CERAMICS │ 2009(45) 第 9 期│ 15
中国陶瓷
2009 年 第 9 期
2)随着加热时间的延长 , 纳米 TiO 粉体的粒径逐 2
渐长大 , 当加热时间达到 2 小时后纳米 TiO 长到最大, 2
结晶完成。 3)分散剂聚乙二醇 -2000 对纳米二氧化钛颗粒的
相关文档
最新文档