实验三_水热法制备纳米二氧化钛

水热法制备纳米二氧化钛

一、实验目的

1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作

2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。

选择理由：

优势：直接制备结晶良好且纯度高的粉体，需作高温灼烧处理，避免形成粉体硬团聚，粒径分布均匀。

缺点：反应时间长、杂质离子难以除去、纯度不高。

二、实验原理

TiO2在自然界中存在三种晶体结构：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中金红石型和锐钛矿型TiO2均具有光催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳，两种晶型结构如图1.1所示。

O

Ti

图1 二氧化钛的晶体结构

二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等

领域。纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而

可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。

纳米二氧化钛制备原理如下:

Ti(OC4H9)4+2H2O TiO2+4C4H9OH

可分为两个独立的反应，即：

Ti(OC4H9)4+xH2O Ti(OC4H9)4-x OH x+xC4H9OH

Ti(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OH

a = 4.593Å

c = 2.959Å

Eg=3.1eV

ρ= 4.250 g/cm3

0212.6

f

G

∆=-

a = 3.784 Å

c = 9.515Å

Eg=3.3eV

ρ= 3.894 g/cm3

0211.4/

f

G kcal mol

∆=-

当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。

三、主要仪器与药品

1．仪器

磁力加热反应器，水热反应釜（60ml），250ml烧杯，100ml量筒，电子分析天平, pH试纸。

2．试剂

钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30％)、无水乙醇（分析纯），去离子水。

四、操作步骤

在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。迅速加入钛酸丁酯溶液(Ti(OC4H9)4，使Ti4+的浓度为0.25mol/L，M=340.36), 搅拌30min,生成胶状沉淀。将杯中沉淀物放入水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内,置于烘箱中,120℃加热4h,取出水热反应器自然冷却至室温。取出生成物,分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤, 洗至中性。在80℃下干燥,得到二氧化钛纳米晶体，称重，计算产率。

本实验制备的纳米二氧化钛为白色粉末，晶型为锐钛矿相。

五、注意事项

1、加完钛酸四丁酯后（可能会出现液体边缘稍微变白，如无明显白色块状属于正常现象），立即加入无水乙醇，防止钛酸四丁酯吸收空气中的水分水解；

2、由于环境温度的影响，如果1h后还未成为具有一定粘度的溶胶，则可以适当加热（45℃-60℃）促进溶胶的形成，但防止加热时间过长形成凝胶。