纳米二氧化钛的制备综述.docx

纳米二氧化钛的制备综述前言：纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起科学家们的广泛关注。纳米材料是指微粒几何尺寸在 1n m-100n m范围内的固体材料。纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间的介观系统。纳米材料以其独特的表面效应﹑小尺寸效应﹑量子尺寸效应和宏观量子效应等性质, 而呈现出许多奇异的物理﹑化学性质, 使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛(T i O 2) 是当前应用前景最为广阔的一种纳米材料 , 它是当前众多纳米材料中的“明星”。我国对纳米二氧化钛的研究已经进入产业化开发与生产阶段 , 其制备手段可分为物理和化学两大类。关键词：纳米二氧化钛；制备；气相法；液相法；固相法；制备方法。1、纳米二氧化钛的制备方法1.1 气相法气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。1.1.1 TiCl4 气相氧化法气相氧化法采用氮气携带 TiCl4 和氧气分别预热后在反应器内反应。首先让可燃气体与过量氧气燃烧，生成高温含氧气流，然后再与经过预热的气体 TiCl4（含微量晶型转化促进剂）呈一定角度交叉混合，使反应在高速下进行，同时采用外部急冷的方法，使反应物迅速冷却，从而获得高金红石型含量的纳米 TiO2。该工艺的关键是喷嘴和反应器结构的设计、纳米 TiO2 遇冷壁结疤、产品的收集等问题。1.1.2 气相水解法气相水解法又称为火焰水解法[ 2 ]，其原理是：将TiCl4 气体导入高温（ 700～1000℃）氢氧焰中进行高温水解制备纳米 TiO2，或将钛醇盐的水解反应移至气相反应中，该法最早由德国迪高沙公司开发成功。该工艺制得的粉体晶型一般是锐钛矿和金红石的混合型，该工艺的特点是生产过程较短，自动化程度高。但由于其过程温度较高，而且生成的 HC1 对设备腐蚀严重，对设备材质要求较高，因此很少在工业化生产中应用。1.1.3 钛醇盐气相分解法该方法以钛醇盐为原料，将其加热气化，用氮气、氦气或氧气作载气，把钛醇盐蒸气预热后导入热分解炉，进行热分解反应，制得纳米 TiO2 粒子。该工艺的特点是：可连续生产，反应速度较快，但设备的材质、型式以及加热的问题有待进一步解决，而且存在原料较贵的问题。1.1.4 激光诱导化学气相沉积法激光诱导化学气相法合成纳米微粒的基本原理是：利用大功率的激光器照射反应气体，反应气体强吸收激光光子后，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，达到反应所需的温度后，迅速地完成反应、成核、凝聚、生长等过程，从而制得相应的纳米微粒。该方法的优点是：污染小、反应速度快、反应具有选择性。利用 YAG 激光器制得了 TiO2 超微粒子，还发现当粒子的粒径在 10～50nm 之间时，粒子的晶型几乎全为锐钛矿型，当粒径在 100～1um 之间时，产品为金红石和锐钛矿的混合型。1.1.5 等离子体化学合成法等离子化学合成法是利用等离子体产生的超高温来激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米微粒的方法。Oh S M 等利用反应热等离子体成功制备出了纳米 TiO2 粒子，得到的试样外观为球形，颗粒分布均匀、团聚少，分散性好；粒径在 20～200 nm 之间；晶型为锐钛矿型和金红石型的混合晶型，金红石型质量分数 95％。该方法可得到多种活性组分，无杂质引入，制得的纳米粒子纯度较高，但生产成本较高。1.1.6 气体燃料燃烧法气体燃料燃烧法是 20 世纪 90 年代发展起来的一种纳米粉体合成技术，Mquel、 Vemury、 Vima 等利用该法成功地合成了包括纳米 TiO2 在内的多种氧化物粉体。其工艺过程为：经过计量的一氧化碳和氧气在燃烧器内充分燃烧，产生的高温富氧气流与高温TiCl4 蒸汽快速混合，反应产生气态 TiO2，反应气体经夹套冷却后，由袋滤器收集产物颗粒。该方法的优点是：可通过控制反应温度、进料和停留时间来控制粒径和晶型，污染小，产物纯度高。1.1.7 热等离子法热等离子法制备二氧化钛的基本原理:由氩气、氢气或者氮气组成的高温等离子流中所存在的大量高活性的离子原子或者分子快速地附着在前体的表面，经历熔融气化最后成核生长，由于周围环境的温度与等离子体的温度有很大的差别，所以会急速冷却得到高纯度的纳米二氧化钛颗粒。等离子体的组成几乎相等，粒子的温度近乎一致，属于低热等离子体。当前利用此方法制备二氧化钛的等离子体主要有射频等离子体法(ＲF) 、微波等离子体法(MC)和电弧等离子体法(DC)三种。近些年来，利用热等离子方法制备纳米二氧化钛广泛受到人们的关注。Li 等人［ 7］将 TiC 作为前体物质，利用ＲF 方法在射流 Ar － H2 － CO2与射流 Ar － O2中进行氧