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认识什么是纳米二氧化钛,了解其前景和制备方法

发布者:管理员   发布时间:2018-12   浏览量:85 次

纳米级二氧化钛,亦称钛白粉。物理性质为细小微粒,直径在100纳米以下,产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能,可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。


      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。

分类

一.按照晶型可分为:金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。

二.按照其表面特性可分为:亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉。

三.按照外观来分:有粉体和液体之分,粉体一般都是白色,液体有白色和半透明状。

前景

        纳米二氧化钛是具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。由于它透明性和防紫外线功能的高度统一,使得它一经问世,便在防晒护肤、塑料薄膜制品、木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面获得了广泛应用。特别是在80年代末期,这种能产生诱人的“随角异色”效应的效应颜料被成功地用于豪华型高级轿车面漆之后,引起了世界范围的普遍关注,发达国家如美、日、欧等国对此研究工作十分活跃,相继投入了大量人力、物力,并制订了长远规划,在国际市场竞争激烈迄今,他们已取得许多令人惊异的成果,并已形成高技术纳米材料产业,生产这种附加值极高的高功能精细无机材料,收到良好的经济效益和社会效益,纳米氧化物材料也正成为中国产业界关注的热点。

        随着纳米材料研究的深入,纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注,这意味着纳米材料的研究已可以按照人们的意愿设计、组装、创造新的体系,更有目的地使该体系具有人们所希望的特性,技术上的飞跃,为纳米材料的应用进一步打开市场的大门,在广泛的领域形成了一大批高技术产品。如信息与通讯方面的磁性存储器、光学存储器、液晶显示、光学方面的功能性薄膜;电子方面的原件开发,能源方面的太阳能电源,热敏绝缘体,测量与控制技术方面的传感器;陶瓷方面的结构陶瓷,功能陶瓷以及其他方面的抗老化橡胶、功能油漆、光催化降解剂、保洁抗菌材料、超高磁能衡土水磁体等。在纳米材料的市场增长中,o维-3维结构技术,超精度加工技术,超薄膜生产技术,横向结构技术所制造的产品最具市场增长潜力。

有关研究还表明,在今后10年中,纳米材料的市场应用开发的速度还会加快,因为工业国家纳米材料领域的专利自1993年以来一直以每年20%以上的速度递增。资料表明,西方工业国家在纳米材料及相关领域的科研经费投入每年达75亿美元左右。国际上在此领域竞争日趋激烈。

制备方法

       目前,制备纳米TiO2的方法很多,基本上可归纳为物理法和化学法。物理法又称为机械粉碎法,对粉碎设备要求很高;化学法又可分为气相法(CVD)、液相法和固相法。

气相制法

        *物理沉积

        物理气相沉积法(PVD)是利用电弧、高频或等离子体等高稳热源将原料加热,使之气化或形成等离子体,然后骤冷使之凝聚成纳米粒子。其中以真空蒸发法最为常用。粒子的粒径大小及分布可以通过改变气体压力和加热温度进行控制。该法同时可采用于单一氧化物、复合氧化物、碳化物以及金属粉的制备。

        *化学沉积

        化学气相沉积法(CVD)利用挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应生成所需化合物,该法制备的纳米TiO2粒度细,化学活性高,粒子呈球形,单分散性好,可见光透过性好,吸收屏蔽紫外线能力强。该过程易于放大,实现连续化生产,但一次性投资大,同时需要解决粉体的收集和存放问题。

CVD法又可分为气相氧化法、气相合成法、气相热解法和气相氢火焰法。

        *气相氢火焰法:是通过四氯化钛氢火焰燃烧得到,反应方式如下:

        TiCl4+2H2+O2 =TiO2+4HCl

液相制法

        液相法是选择可溶于水或有机溶剂的金属盐类,使其溶解,并以离子或分子状态混合均匀,再选择一种合适的沉淀剂或采用蒸法、结晶、升华、水解等过程,将金属离子均匀沉积或结晶出来,再经脱水或热分解制得粉体。它又可分为胶溶法、溶胶-凝胶法和沉积法。其中沉积法又可分为直接沉积法和均匀沉积法。

        *溶胶法

加酸使其形成溶胶,经表面活性剂处理,得到浆状胶粒,热处理得到纳米TiO2粒子。

        *溶胶-凝胶法

        溶胶-凝胶法(简称S—G法),是以有机或无机盐为原料,在有机介质中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶,凝胶经加热(或冷冻)干燥、锻烧得到产品。该法得到的粉末均匀,分散性好,纯度高,煅烧温度低,反应易控制,副反应少,工艺操作简单,但原料成本较高。

        *沉淀法

        A、直接沉淀法

        其反应机量为:

        Ti0SO4+2NH3·H2O → Ti0(OH)2↓ + (NH4)2 SO4

        Ti0(OH)2 → Ti02(s)+H2O

       该法操作简单易行,产品成本较低,对设备、技术要求不太苛刻,但沉淀洗涤困难,产品中易引入杂质,而且粒子分布较宽。

        B、均匀沉淀法

        均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来,在该法中,加入沉液剂(如尿素),不立刻与被沉淀物质发生反应,而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。该法得到的产品颗粒均匀、致密,便于过滤洗涤,是目前工业化看好的一种方法。

固相法合

        固相法合成纳米TiO2是利用固态物料热分解或固-固反应进行的。它包括氧化还原法、热解法和反应法。在此介绍常用的偏钛酸热解法制备纳米TiO2。该法制得的纳米 TiO2 粒径分布较宽,工艺简单,操作易行,可批量生成。