纳米二氧化钛

纳米二氧化钛

产品简介：

纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。纳米技术在光催化领域扮演着重要的角色。纳米二氧化钛的光催化作用能将光能转变为电能和化学能，实现许多难以实现或不可能进行的反应。屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，。

目前，环境污染的控制与治理是我们面临的亟待解决的重大问题，在众多环境治理技术中，利用太阳光作为光源来活化纳米二氧化钛，使其在室温下进行氧化还原反应，杀灭有害菌、清除污染物，这一技术已成为一种理想的环境治理技术。纳米二氧化钛属非溶出型抗菌剂，本身具有很好的化学稳定性，无毒性，重金属含量少，抗菌性广且长效，被越来越广泛地应用于日常生活之中。如太阳能电池、抗菌材料、空气净化器、自清洁材料、精细陶瓷及建筑材料等。将对提高我们的生活质量发挥无穷潜力。

分类：

纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。

结构：

纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒与高浓度晶界。

纳米TiO2的微观结构特征的研究报道较少。其中用拉曼散射和高分辨电镜研究了纳米TiO2陶瓷, 显示的结果与通常粗晶材料无多大的区别,晶粒间界处亦含有短程有序的结构单元。

纳米TiO2晶粒基本是等轴晶粒, 与从气体凝聚法得到的原子团簇形状相同, 尺寸相同并都服从对数正态分布。

性能：

™ 纳米TiO2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO2粉体有金红石、锐钛矿、板钛矿等3 种晶型。

™ 其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。

™ 纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水和稀酸，在一定条件下微溶于碱和热硝酸，纳米TiO2热稳定性也比较好。

™ 纳米TiO2的一个显著特点是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV，当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子，同时在价带上产生带正电的空穴。

制备方法：纳米TiO2粉末的制备通常采用物理法和化学法。

物理法包括气相冷凝法和粉碎法(球磨法)。气相冷凝是通过多种办法使物质蒸发或挥发成气相，并经特殊工艺冷凝成核得到纳米粉体，一般通过控制蒸发和冷凝的工艺条件来控制粉体的粒径。低压气体蒸发法、溅射法、等离子法都是气相冷凝制备纳米粉体的常用方法。

化学法是制备纳米粉体的重要方法，制备过程伴随着化学反应。一般可根据反应物系的形态分为固相法、气相法和液相法。气相法反应速度快，能实现连续化生产，产品纯度高，分散性好，团聚少，表面活性大。但该法反应温度较高，对设备腐蚀严重，工艺参数要求高，因此产品成本较高，也不便对纳米TiO2进行形貌控制及掺杂改性。液相法原料来源广泛，成本较低，设备简单，便于大规模生产，常用的化学方法有：水解法、沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和微乳液法等，是制备纳米TiO2及其掺杂材料的重要方法，所得产品纯度高、质量好、便于涂覆在各种载体上形成负载型催化体系。沉淀法采用钛醇盐或四氯化钛、硫酸钛以及其它含钛无机物，通过严格控制工艺参数和制备条件，就可以制得性能良好的氧化钛粉体。

(一) 液相水解法

A. TiCl4氢氧火焰水解法

该法与气相生产白炭黑的原理类似，是将TiCl4气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行气相水解，其化学反应式为：

TiCl4（g）+2H2（g）+O2→Ti O2（s）+4HCl（g）

TiCl4氢氧火焰水解法最早是由德国高沙公司开发成功，并生产出纳米超细钛白粉。目前美国的卡博特、日本的AEROSIL等公司也采用该法生产纳米钛白粉。该工艺所生产的纳米钛白粉一般是锐钛型和金红石型的混合型，产品纯度高（99.5%），粒径小，比表面积大，分散性好，团聚程度小，主要用于电子材料、催化剂和功能陶瓷等方面。这种工艺较成熟，自动化程度高，过程短。但因其过程温度高，腐蚀严重，设备材质要求较严，对工艺参数控制要求精确，因此成本高，一般厂家难以承担。

B.TiOSO4水解法（也称挪威法）

以TiOSO4为原料，将其制成一定浓度的溶液后，进行碱中和水解或加热水解，形成的二氧化钛水合物经解聚、洗涤、干燥处理后，根据不同的煅烧温度得到不同晶型的纳米TiO2产品。其反应机理为：

TiOSO4+2NH3·H2O→TiO(OH)2+(NH4)2SO4

TiO(OH)2→TiO2(s)+H2O

这种工艺突出的优点是原料来源广，产品的成本低，缺点是工艺路线长，自动化程度低，各个工序的工艺参数需严格控制，否则难以得到分散性较好的纳米钛白粉产品。

C. TiCl4碱中和水解法

以TiCl4为原料，将其稀释到一定浓度后，加入碱性溶液进行中和水解，得到的二氧化钛水合物经洗涤、干燥和煅烧处理后即得到纳米二氧化钛产品。美国的二氧化钛公司和日本石原产业公司采用这种方法生产纳米钛白粉产品。该方法工艺技术的关键是如何控制水解条件，研究反应机理，控制反应流程，分析粉体的特性等。

D. 钛醇盐气相水解法

该工艺方法最早是由美国麻省理工学院开发成功，可以用来生产单分散的球形纳米钛白粉，其化学反应式：

nTi(OR)(g)+nH2O(g) → nTi(OH)4(s)+4nROH(g)

nTi(OH)4(s) → nTiO2·H2O(g) nTiO2·H2O(s) → nTiO2+n H2O(g)

日本曹达公司和兴产公司利用氮气、氦气或空气作载气，将钛醇盐蒸汽分别导入反应器的反应区，进行瞬间混合和快速水解反应，这种制备工艺可以获得平均原始粒径为10～150nm，比表面积为50～300m2/g的非晶型纳米钛白粉。

(二) 溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法是先将醇盐溶解于有机溶剂中。加入蒸馏水，使醇盐水解形成溶胶，溶胶凝化处理后得到凝胶，再干燥和煅烧，适当控制溶液的pH值、浓度、反应温度和时间，可获得纳米TiO2粉体。

该方法具有如下有点：合成温度低，成分容易控制；允许掺杂大剂量的无机物和有机物；颗粒细，纯度高；化学均匀性好；工艺设备简单等。但缺点是原材料价格昂贵，干燥时收缩性大等。

A. 2.2.1 钛醇盐水解法

该法为溶胶—凝胶法的一种，以钛醇盐为原料，通过水解和缩聚反应制得溶胶，再进一步得到凝胶。凝胶经干燥，煅烧得到纳米钛白粉，其反应式如下：

水解Ti(OR)4+nH2O→Ti(OR)(4-n)(OH)n+nROH

缩聚2Ti(OR)(4-n)(OH)n→[Ti(OR)(4-n)(OH)（n-1）]2O+H2O

这种工艺原料的纯度高，整个过程不引进杂质离子，可通过严格控制工艺条件，值得纯度高、粒径小、粒度分布窄的纳米粉体，且产品质量稳定。缺点是原料成本高，干燥、煅烧使凝胶体积收缩大，易造成颗粒团聚。