纳米二氧化钛的制备及光催化

苏州科技大学

材料科技进展

化学生物与材料工程学院

材料化学专业

题目：纳米二氧化钛的制备及光催化

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指导老师：***

起止时间：5月20日——6月8日

纳米二氧化钛的制备及光催化

吕岩

（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）

摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。

关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.

The study on preparation of nanometer TiO

2 and photocatalytic

Lv Yan

(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.

Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis

引言：

纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。本文将对纳米二氧化钛的制备及光催化在做一些简单介绍。

1.纳米TiO2的制备

纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等,

其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。

(1).化学气相沉积法( CVD)

CVD 法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。该方法制备的超细粉纯度高, 分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。Leszek W achow ski [ 1] 等人利用

。李文漪[ 2] 等人利用化学气相沉积法水解四CVD 法在含碳材料表面制得T iO

2

异丙醇钛( TT IP)制备T iO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TT IP的反应动力学。该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。

(2).化学气相水解法

化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TIC l4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。TIC l4氢氧火焰水解法的基本原理是将T iC14气体导入高温的氢氧火焰中( 700~ 1000 e )进行气相水解, 其基本化学反应式为:

( g) + 2H2 ( g) + O2 ( g ) = T iO2 + 4HC l( g)

TiC l

4

钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物, 再经过液固分离、干燥和煅烧等工序, 制备T iO2粉体。该方法的优点是操作温度低, 能耗小, 对材质要求不高, 并且可连续化生产。但醇盐水解过程速度太快, 反应难以控制, 再加上使用了价格过于昂贵的钛醇盐为原料, 生产成本过高。

(3）溶胶-凝胶法

溶胶- 凝胶法是80年代兴起的一种制备纳米材料的湿化学方法, 以钛醇盐为原料, 将其溶于乙醇、丙醇和丁醇等溶剂中形成均相溶液, 使钛醇盐在分子均匀的水平上进行水解反应, 同时发生失水与失醇的缩聚反应, 生成物聚集成l nm 左右的粒子并形成溶胶, 经陈化形成三维网络的凝胶, 干燥除去残余水分、有机基团和有机溶剂得到干凝胶, 经研磨、煅烧

最终得到纳米级T iO2粉体。

(4) 水热合成法

水热合成法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里, 采用水溶液作为反应介质, 通过高温高压将反应体系加热至临界温度, 使前驱物在水热介质中溶解, 进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒, 卸压后经洗涤, 干燥即可得到纳米级T iO2粉体。

(5）沉淀法

沉淀法一般以T iC l4或T i( SO4 ) 2等无机钛盐为原料, 将( NH4 ) 2 SO4、NH3