课程设计报告水热法制备超细二氧化钛粉体

目录

水热法制备超细二氧化钛粉体

1.1 超细二氧化钛粉体的性能

超微粉体由于粒度小、比表面积大、化学反应活性高而具有一系列特殊的性能,引起了人们的普遍关注,目前已开发出多种微粉体材料。二氧化钛微粉体的制备报道不多。二氧化钛微粉体具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异、粒度分布均匀等特点,可用于紫外线吸收剂、化妆品原料、包装材料、涂料、精细陶瓷等行业。二氧化钛是一种价格便宜且应用极广的材料,制备简单并且无毒、稳定,且抗腐蚀性能好。日本钛工业公司和日本帝国公司相继开发了超细二氧化钛,已进行工业化生产,并把开发二氧化钛微粉体新产品列为重要课题之一[1 2]。

1.2 超细二氧化钛粉体的应用

工业作用

二氧化钛是世界上白色粉体，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。

为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。

在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。

半导体二氧化钛的光化学性能已使其可用于许多领域，如空气、水和流体的净化。以碳或其他杂原子掺杂的光催化剂也可用于具有散射光源的密封空间或区域。用于建筑、人行石板、混凝土墙或屋顶瓦上的涂料中时，它们可以明显增加对空气中污染物如氮氧化物、芳烃和醛类的分解。

此外还广泛应用于生产防晒霜，无毒性，对人体无害。

超细二氧化钛具有优异紫外光屏蔽性和透明性。被广泛用在化妆品、木器保护、食品包装塑料、耐久性家用薄膜、人造纤维和天然纤维、透明涂料中。在金属闪光涂料中的特殊光学效应,使之在高级轿车漆中得到重视和应用。[2] TiO2粉体的制备作为一种21世纪的新型多功能材料，广泛应用于环境保护、化妆品、涂料、特殊材料的制备以及医药等方面。

在环保领域中的应用

目前纳米TiO2在环保领域中主要用于净化水和空气。

在光催化剂方面的应用

纳米二氧化钛光催化剂是近年来国际学术界最活跃的研究领域之一。光催化技术在环境保护、太阳能利用和新功能材料开发等方面具有广阔的应用前景,是具有重大经济效益和社会效益的高新技术。该技术不会产生二次污染,应用范围相当广泛,且降解反应在常温常压下即可进行。TiO2的能带是不连续的,价带(VB)和导带(CB)之间存在一个禁带,由于n型半导体的这种特殊的电子结构,当光子能量达到或超过其带隙能时,其价带电子被激发到导带,激活态的导带电子(e-)和价带空穴(h+)能够重新合并,使光能转化为热能而散失。

TiO2+hMyTiO2(h+ + e-)

e- + h+→yenergy (hν

h+ +OH→-OH

h+ +H2Oy→OH+H+

h ++A→A+(A代表有机物)

根据电子自旋谐振(ESR)检测,光催化体系中-OH是主要的自由基。该基团的氧化作用几乎无选择性,可以氧化包括难生物降解化合物在内的众多有机物,还原沉淀吸附无机离子。

金属离子掺杂就是将一定量的杂质金属引入到TiO2晶格中,从而引入缺陷位置或改变结晶度,影响电子与空穴的复合,提高光催化活性。

在空气净化中的应用

近年来，随着工业的发展和人们生活水平的提高，空气污染越来越受到人们的重视，环境有害气体主要包括室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有：装饰材料等析出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨等。纳米TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质氧化分解，从而使空气中这些物质的浓度降低。大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化物。利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。日本利用氟树脂、纳米TiO2等开发出了一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的

NOx 气体，薄板表面生成的HNO3可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。在化妆品中的应用

纳米TiO2具有优异的紫外线屏蔽作用、透明性以及无毒等特点，使其广泛地应用于防晒霜类护肤产品。用于防晒的纳米二氧化钛，要求白度低、防晒系数高。为降低白度，可采用碱式脂肪酸铁盐包覆纳米TiO2颗粒，适当提高其含量，可提高防晒系数。如当含有10%纳米二氧化钛时，防晒系数可达30。

在涂料中的应用

室内的木器在日光灯发出的紫外线照射下，容易发黑，并降低其使用寿命，采用含0.5%~4%纳米TiO2的透明涂料，可使木器不被紫外线损害。

在医药方面的应用

在医学上将纳米二氧化钛材料制成介孔分子筛，对小牛血清蛋白进行分离，在医药领域取得了良好的效果，并发现介孔纳米结构材料用于色谱分离具有高效并保持生理活性的优点。此外，在陶瓷、塑料、纺织以及电子等行业，纳米二氧化钛也具有广阔的应用前景。随着应用领域的日益扩大，纳米二氧化钛的制备研究逐渐受到国内外生产厂家和研究单位的广泛关注。

其他方面的应用

二氧化钛是白色涂料中着色力、遮盖力最强的颜料,所以在涂料行业中是人们熟悉的一种颜料。纳米级的二氧化钛具有独特的性能:如比表面积大、磁性强、吸收紫外线能力强、表面活性大、热导性好、分散性好等,在涂料领域具有广阔的应用前景。

同时二氧化钛用于化妆品具有安全无毒、屏蔽紫外线、消色力高、遮盖力强或透明度高等优异性能,已越来越受到国内外化妆品配方设计师的青睐,成为高档化妆品中最重要和用量最大的无机添加剂。

1.3 水热法的基本原理

水热法常用氧化物或者氢氧化物或凝胶体作为前驱体，以一定的填充比进入高压釜，它们在加热过程中溶解度随温度的升高而增大，最终导致溶液过饱和，并逐步形成更稳定的新相。反应过程的驱动力是最后可溶解的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差，即反应向吉布斯焓减少的方向进行。但严格来说，