纳米二氧化钛制备工艺和应用_粉体资讯

纳米二氧化钛制备工艺和应用

2017年11月02日发布分类：粉体加工技术点击量：5818

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纳米材料是指颗粒尺寸为10^-9m量级的超细微粒。此类材料因尺寸很小，在此尺度下性能发生突变，不同于常规尺度（如米甚至毫米量级），出现了特殊的性能，如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等^[1]，因此，纳米材料一般拥有特殊的电、光、磁、敏感性等特殊性质。纳米二氧化钛除具有纳米材料的共性之外，还具有化学性质稳定、无毒、成本低、催化活性高等特性，已成为各国研究的热点之一。

1、纳米二氧化钛的结构及性能

结构决定性能，纳米二氧化钛的特性与其结构密不可分。研究发现，晶体二氧化钛因Ti-O₆八面体结构单元中的连接方式差异，形成了正方晶系板钛矿型、斜方晶系锐钛矿型和正方晶系红石型这三种晶体形状。在自然界中分布最广（性质最稳定）、用途较多的属于金红石型，另外两种晶型则少见。板钛矿型和锐钛矿型均属于不稳定相，可以在一定的温度与压力条件下，发生不可逆的放热反应，转变为金红石型。

纳米二氧化钛的微观形貌

2、纳米二氧化钛的制备工艺

目前，纳米二氧化钛的制备工艺按物理性质分，主要有固相法、气相法和液相法。

固相法顾名思义，就是利用机械力将其研磨成小尺寸，包括高能球磨法、机械粉碎法等，此类方法制造时会引起粉尘到处飞散，存在安全隐患，因此一般很少采用。

高能球磨机

气相法利用气体分子较小、化学反应时速度更快的优势进行生产，主要有低压气体蒸发法、活性氢-熔融金属反应法、溅射法、流动液面上真空蒸发法、钛醇盐气相水解法、TiCl₄高温气相水解法、钛醇盐气相分解法和TiCl₄气相氧化法等，气相法的特点是：粒度细、化学活性高、单分散性好可见光透射性好、吸收紫外线的能力强等。缺点是反应时温度很高，对物料的瞬时混合均匀性及设备的要求很高，目前处于小试阶段。

气相氧化法制备纳米二氧化钛

液相法表明：反应在液相中进行，包括水热法、水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法^[2]、微乳液法、胶溶法等。特点是：成本低、原料无毒、无危险性、常温反应、工艺简单易控、可大规模生产、质量稳定等。

溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛

3、纳米二氧化钛的应用

纳米二氧化钛有很强的吸收紫外线能力、奇特的颜色反应、良好的热稳定性、化学稳定性和较好的光学、力学以及电学各个方面的特性，其中锐钛矿有较高催化效率，金红石型结构稳定有比较强的覆盖力、着色力和紫外吸收能力。因此其催化剂载体、紫外吸收剂、高效光敏催化剂、护肤品防晒、塑料薄膜制品、水处理、精细陶瓷等多种领域具有广泛的应用。

（1）功能建材

因纳米二氧化钛具有较高的催化活性，在光催化作用下可抗菌、除臭、分解空气/水中的有机污染物，同时可以重复利用，此特点在功能建材领域的应用前景巨大，由纳米二氧化钛制成的家具、涂料等对室内空气净化（除甲醛、硫化氢等有毒气体）具有绿色、无污染、节能的特点，是新时代绿色净化的佼佼者。同时，纳米二氧化钛材料还具有超亲水性，即在纳米二氧化钛材料表面不易形成水珠，可应用于玻璃、陶瓷等表面进行防雾，应用于瓷砖表面还可实现自清洁功能。