TiO2表面超亲水性

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征 盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221 摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。 关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。 1 纳米二氧化钛的制备方法 1．1 气相法 气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。 1．2 液相法 溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO，H TiO，或TiC1 溶液中，沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单，易工业化，但易引入杂质，粒度不易控制，产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO，TiC14或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好；但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后，提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点，简化工艺过程，采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案，并进行了长时间的中试，现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。 1 气相法制备二氧化钛 气相法一般是通过一些特定的手段先将反应前体气化，使其在气相条件下发生物理或化学变化，然后在冷却过程中成核、生长，最后形成纳米TiO2颗粒。 1.1 化学气相沉积法

二氧化钛光催化分解甲醛原理

二氧化钛光催化分解甲 醛原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

纳米二氧化钛光催化分解甲醛原理 1. 光催化剂的发现历史 自从1972年Fujishima和Honda[2]发现TiO2在受到紫外光照射时可以将水氧化还原生成氢，光催化材料就引起了科研人员的关注。而1976年Carey等[3]将TiO2的光催化作用应用于水中多氯联苯化合物脱氯去毒并取得了成功，从此TiO2作为一种去除有机物的一种有效方法应用到了水和空气的清洁净化领域。1985年，日本科学家Tadashi Matsunaga等[4]第一个发现了TiO2在紫外光下有杀菌作用。近年来科学家们又对TiO2进行了深入的研究，并取得了很大的进步。但是以前的研究多数是用溶胶凝胶负载在基材上，这样的负载量有限，所以对空气的净化的速率较慢。如何能够快速、便捷、安全、有效的除去室内的各种污染物及病菌成为一个亟待解决的问题。纳米TiO2良好的光催化性能使它成为了解决这一问的热点研究方向。纳米TiO2以其催化活性高、化学稳定性好、使用安全， 2. 纳米TiO2光催化机理 纳米TiO2是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释[5]。由于TiO2纳米粒子的粒径在1~100 nm，所以其电子的Fermi能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间，称为禁带[6]，其宽度为 eV，当纳米TiO2接受波长为 nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴-电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2和H2O，产生高活性羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O2- )[7]，当污染物以及细菌吸附其表面时，会发生两个步骤：

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试

第 页（共 页） 课 程 ___________ 实验日期：年 月曰 专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日 姓 名_ _学号 报告退发： （订正、重做） 同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字： 实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试 、实验目的 1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。 2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用 3. 了解光催化剂的（一种）评价方法 、实验原理 1.纳米TiO 2的制备 ① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材 料。 纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应 等。 ② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。 本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能 溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。 该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。 西安交通大学化学实验报告

③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下 Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OH Ti OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OH Ti OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O 2. TiO 2的结构及表征 我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构: 无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。 我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。 纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。 多晶相样品根据XRD测试获得XRD图谱。根据图谱的衍射角度对应的峰，我们可以测定 各晶相的含量。【用晶相含量百分比表示】（其中20-25为金红石型的特征衍射峰，25-27 为锐钛矿型的特征衍射峰） C A A A 100% A A A R 同时，根据XRD图谱可以估计样品的直径

TiO2光催化原理及应用

TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板

二氧化钛的制备方法

纳米 !"#$光催化剂的制备方法 方世杰 徐明霞 （天津大学材料学院，天津 %&&&’$） 摘 要 介绍了二氧化钛粉体和薄膜的制备技术，比较了各种方法的优缺点。其中对液相法作了较为全面的介绍。 关键词 纳米 !"#$催化剂 气相法 液相法 国家自然科学基金资助项目（(&&’$&)*）；天津市自然科学基金资助（&)%+&%,))）作者简介：方世杰（)-’+ . ），男，硕士/ ) 引言 纳米 !"#$光催化剂是一种新型的并且正在 迅速发展的高效光谱催化剂，成为近年来环保技 术中的一个研究热点。一种良好的催化剂必须具 有很大的催化表面，并且有很高的光子利用率。 当 !"#$达到纳米时，会表现出更优良的光催化降 解性能。关于纳米 !"#$的制备技术已有很多论 述，本文试图对近年来纳米二氧化钛的制备技术 作一个综述。 $ !"#$纳米粉体的制备 目前制备 !"#$纳米微粒的方法有很多种，根 据对所要求制备微粒的性状、结构、尺寸、晶型、用 途，采用不同的制备方法。按照原料的不同大致 分为 $ 类：气相法和液相法。但无论采用何种方 法，制备纳米粒子都有如下要求［)］：表面光洁；粒 子的形状及粒径、粒度分布可控，粒子不易团聚； 易于收集；热稳定性优良；产率高。 !/" 气相法 气相法是直接利用气体或通过各种手段将物 质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学 变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子 的方法。气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸 小、颗粒团聚少、组分更易控制。 $/)/) 化学气相沉积法（012） ［$］

化学气相法制备纳米 !"#$的初级过程包括： 气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、 凝结聚集或融合。气相反应所需的母体有 $ 类： !"03*和钛醇盐。化学反应可分为 * 类。 （)）!"03*与 #$氧化，化学反应方程式为： !"03* （4）5 #$ （4）6 !"#$5 $03$ 7 !"#$ （4）6（!"#$）7 （8） （$）钛醇盐直接热裂法［%］，化学反应方程式 为： !" （#9）*6 !"#$5 *07:$75 $:$# （%）钛醇盐气相水解法（气溶胶法），化学反应 方程式为： !" （#9）*5 $:$# 6 !"#$5 *9#: （*）气相氢火焰法，化学反应方程式为： !"03*5 $:$5 #$6 !"#$5 *:03 $/$/$ 激光 012 法 激光 012 法也是一种很好的制备方法。在 ,& 年代由美国的 :;44<=>［)］提出，目前该法已合成 出一批具有颗粒粒径小、不团聚、粒径分布窄等优 点的超细粉，产率较高。? 2;@"A 0;8<>［*］对激光 012 法进行了进一步的研究指出，在激光 012 法 中，用 !" （=B#C=）*作反应物要比采用 !" （#BDE）*效果要好，!" （=B#C=）*是一种很有前途的反应物。 $/$/% 等离子 012 法 等离子 012 法是利用等离子体产生的超高 温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区 , % 硅酸盐通报 !##! 年第 ! 期 综合与述评 万方数据 与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到 纳米颗粒。该方法有 ! 个特点： （"）产生等离子体 时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高； （!）等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应 物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热 和反应。 气相法制备的纳米 #$%!具有粒度好、化学活 性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及 吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成

纳米二氧化钛的制备

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 实 验 报 告 组别：第七组 组员：曲红玲高晗 班级：应121-2 指导老师：翁永根老师

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 一、实验目的 1、掌握利用简单的原料制备纳米材料的基本方法和原理。 2、了解二氧化钛的应用和多种制备方法的优缺点。 3、了解纳米半导体材料的性质。 4、了解纳米半导体光催化的原理。 5、掌握光催化材料活性的评价方法。 二、实验原理 二氧化钛，化学式为2TiO ，俗称钛白粉。多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌。以纳米级2TiO 为代表的具有光催化功能的光半导体材料，因其颗粒细小、比表面积大而具有常规材料所不具备的优点，以及较高的光催化活性、高效的光点转化性能等，在抗菌除雾、空气净化、废水处理、化学合成及燃料敏化太阳能电池等方面显出广阔的应用前景。 1、纳米二氧化钛的制备 纳米二氧化钛的制备方法有很多。主要分为两类：一类是液相法合成，包括液相沉淀法、液相凝胶法、醇盐水解法、微乳液法及水热法；另一类是气相法合成，包括四氯化钛氢氧焰水解法、四氯化钛气相氧化法、钛醇盐气相氧化法、钛醇盐气相水解法、钛醇盐气相热解法。其中，溶胶凝胶法是近年来制备二氧化钛广泛使用的方法。本试验采用溶胶凝胶法制备二氧化钛。 溶胶凝胶法中，反应物为水、钛酸四丁酯，分相介质为乙醇，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度，使钛酸四丁酯在无水乙醇中水解生成()4OH Ti ，脱水后即可得到2TiO 。在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以得到二氧化钛。 在以乙醇为溶剂，钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的。 一般认为，在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。上述溶胶体系静置一段时间后，由于发生胶凝作用，最后形成稳定的凝胶。此过程中涉及的反应为： ()()OH H C OH Ti O H H OC Ti 944249444+=+ ()()OH H C TiO H OC Ti OH Ti 942494442+=+ ()O H TiO OH Ti 2242+? 2、光催化活性评价 光触媒在光照条件下（可以是不同波长的光照)所起到的催化作用的化学反应，通称为光反应。光催化一般是多种相态之间的催化反应。 本次试验是进行紫外光催化活性评价，分别通过测量在亚甲基蓝和甲基橙中，反应前

纳米二氧化钛的制备及性质实验

南京信息工程大学综合化学实验报告 学院：环境科学与工程学院 专业：08应用化学 姓名：章翔宇 潘婷 袁成 钱勇 2010年6月25号

纳米二氧化钛的制备及性质实验 1、实验目的 熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作； 理解二氧化钛吸附实验的原理和操作； 掌握数据处理的方法 2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛 2.1 需要的仪器 恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵 2.2 需要的试剂 钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水 2.3 实验步骤 1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中，摇匀（在恒压漏斗中进行） 得到溶液A 2.取200ml 的蒸馏水，加入0.32 ml 的浓硝酸，摇匀（在茄行烧瓶中进行），得到 溶液B 3.将烧瓶固定在铁架台上，进行磁力搅拌，将溶液A 逐滴滴加至溶液B中，使两溶液 缓慢接触，并进行水解反应，得到溶液C 溶液C室温回流，记载下当时的室温 4.回流分若干天进行，保证回流时间不少于48小时，得到溶液D 5.蒸干方式：将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干，得E 6.将E放入烘箱100烘干 7.研磨至粉末状； 2.4 实验结果 1、回流分4天进行，总计回流时间50小时，室温为15℃。 2、经研磨，得到白色细粉末状固体。称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g，损失为产品转移过程中损失。 3、纳米二氧化钛性质实验 3.1 二氧化钛吸附试验 1、仪器：烧杯（500mL），容量瓶（1000mL），样品瓶（6个），电子天平，磨口瓶，超 声波清洗机，玻璃注射器，过滤器，分光光度计 2、试剂：二氧化钛粉末，染料X-3B（分子量615），蒸馏水 3、实验步骤： 1、用电子天平称取60mg染料，配成1000mL的60mg/L溶液（避光保存）。 2、将烧杯润洗后，倒入100ml染料溶液，再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。 静置后置于超声波清洗机中（70℃超声40分钟，注意避光）。剩余原液取样保存编

纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能的测试实验报告

华南师范大学实验报告 学生姓名学号 专业化学(师范) 班级12化教五班 课程名称化学综合实验实验项目纳米二氧化钛太阳能电池的 制备及其性能测试 实验类型□验证□设计□综合实验时间2016 年 4 月21 日实验指导老师李红老师实验评分 纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试 一、前言 1．实验目的 (1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。 (2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。 (3)学会评价电池性能的方法。 2．实验意义 能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池。但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限（其光电转换效率的理论极限值为30%），限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。 1991 年，Gratzal等[1]将纳米多孔TiO2薄膜应用于一种新型的,基于光电化学过程的太阳电池-染料敏化纳米薄膜电池中，光电转换效率达到7.1%-7.9%，引起了世人的广泛关注。随后，该小组

[2]开发了光电能量转换效率达10-11%的DSSC，其光电流密度大于12 mA/cm2，。目前，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%。染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池在世界范围内已经成为了研究的热点。 DSSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势： (1) 寿命长：使用寿命可达15-20年； (2) 结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产； (3) 制备电池耗能较少，能源回收周期短； (4) 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。 (5) 生产过程中无毒无污染； 3．文献综述与总结 蓝鼎等[3]采用溶胶2凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜。结果表明：以磁控溅射薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能一般优于溶胶-凝胶薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能，利用单层纳米粉可以实现效率较高的太阳电池。 王瑞斌等[4]提出：控制热处理温度,可得到不同粒径和不同晶相比例的纳米TiO2,这对染料敏化纳米薄膜电池的光电转换效率影响很大。这是因为不同性能的纳米TiO2薄膜对染料的吸收程度不同,从而导致纳米TiO2膜对光的吸收、透过、反射性能也不同。而且，纳米TiO2薄膜的不同性能对载流子的传输有较大影响,合适的纳米TiO2膜可以有效地减少载流子复合,这些因素都将最终影响到太阳电池的光电转换效率。 黄娟茹等[5]在概述染料敏化太阳能电池工作原理基础上, 着重分析电池光阳极TiO2薄膜的特性,并指出该薄膜在电池中所起的作用:负载染料、收集光生电子、分离电荷和传输光生电子;继而从表面修饰、离子掺杂、量子点敏化、制备复合薄膜、设计微观有序空间结构、设计核壳结构以及多手段共改性等方面对TiO2薄膜改性手段进行综述, 并详细分析改性手段优化染料敏化太阳能电池性能的原因。作者认为应把优化光阳极TiO2薄膜制备工艺及探讨薄膜接触面工作机理等作为今后的研究重点。

二氧化钛光催化原理

TiO2光催化氧化机理 TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。 如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，·OH 自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染 物，将其矿化为无机小分子、CO 2和H 2 O等无害物质。 反应过程如下： 反应过程如下： TiO2+ hv → h+ +e- (3) h+ +e-→热能（4） h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+(6) e- +O2→ O2- （7）O2 + H+ → HO2·(8) 2 H2O·→ O2 + H2O2(9) H2O2+ O2 →·OH + H+ + O2(10) ·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11) H+ + dye→···→ CO2 + H2O (12) 由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。 Ti02光催化氧化的影响因素 1、试剂的制备方法 常用Ti02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制得的Ti02粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。Ti02的制备方法在许多文献上都有详细的报道，这里就不再赘述。

水热法制备纳米二氧化钛

水热法制备纳米二氧化钛 一、实验目的 1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作 2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。 二、实验原理 TiO2，在自然界中存在三种晶体结构。金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中金红石型和锐钛矿型。TiO2 矿型光催化活性最佳 二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等领域。纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。 纳米二氧化钛制备原理如下: Ti(OC4H9)4+2H2O → TiO2+4C4H9OH 可分为两个独立的反应，即：Ti(OC4H9)4+xH2O →Ti(OC4H9)4-xOHx+xC4H9OH Ti(OC4H9)4-xOHx+Ti(OC4H9)4 → (OC4H9)4-xTiOxTi(OC4H9)4-x+x C4H9OH ,当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。 三、主要仪器与药品 1、仪器 60ml250ml100ml量 筒电子分 析天平, pH试纸。

2、试剂 钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30)、无水乙醇(分析纯),去离子水。 四、操作步骤 在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。迅速加入钛酸丁酯溶液(Ti(OC4H9)4使Ti4+的浓度为0.25mol/L,M=340.36), 搅拌30min,生成胶状沉淀。将杯中沉淀物放入水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内, 置于烘箱中,120℃加热4h,取出水热反应器自然冷却至室温。取出生成物,分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤, 洗至中性。在80℃下干燥,得到二氧化钛纳米晶体，称重，计算产率。 方法二： 称取5g钛酸四丁酯（CH3CH2O)4Ti）加入到装有1.0ml二乙醇胺的干燥的小烧杯中（100ml或50ml），加20ml 四丁酯溶解后，继续搅拌1h，形成无色透明溶胶。将溶胶转移到水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内，置于烘箱中，180℃加热4h，取出水热反应器自然冷却至室温。取出生成物，分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤，洗至中性。在80℃下干燥，得到二氧化钛纳米晶体称重，计算产率。

纳米二氧化钛的制备

纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的评价 实验报告 班级： 组别： 指导老师： 小组成员：

实验目的： 1.培养小组自主设计及完成实验的能力和合作能力。 2. 了解纳米二氧化钛的粒性和物性。 3.掌握溶胶－凝胶法合成TiO2 的方法。 4.研究二氧化钛光催化降解甲基橙和亚甲基蓝水溶液的过程和性质。 5.通过实验，进一步加深对基础理论的理解和掌握，做到有目的合成，提高实 验思维与实验技能。 一、溶胶凝胶法制备二氧化钛 1、实验原理：纳米粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒子。由于颗粒 尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材 料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出 奇异的性能。 纳米TiO2具有许多独特的性质。比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，光吸收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热 导性能好，分散性好等。基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景。 利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、 木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光 敏性，可开发一种TiO2感光材料。如何开发、应用纳米TiO2，已成为各 国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧化钛粉体的方法主要 有液相法和气相法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛， 而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大 的单组分或多组分分子级纳米催化剂[1～3]，因此，本实验采用溶胶-凝 胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。 制备溶胶所用的原料为钛酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、无水乙醇(C2H5OH)以及冰醋酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。使Ti(O-C4H9)4在 C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脱水后即可获得TiO2。在后续的热处理过 程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得金红石型和锐

二氧化钛光催化原理

TiO 2光催化氧化机理 T ｉＯ2属于一种ｎ型半导体材料，它得禁带宽度为3、２ev （锐钛矿），当它受到波长小于或等于387、5ｎｍ得光(紫外光)照射时,价带得电子就会获得光子得能量而越前至导带,形成光生电子(ｅ—)；而价带中则相应地形成光生空穴(ｈ+),如图1—1所示。 如果把分散在溶液中得每一颗T ｉO 2粒子近似瞧成就是小型短路得光电化学电池， 则光电效应应产生得光生电子与空穴在电场得作用下分别迁移到Ti Ｏ2表面不同得位置。ＴiO ２表面得光生电子e －易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获,而空穴h +则可氧化吸附于Ti Ｏ2表面得有机物或先把吸附在ＴiO 2表面得OH -与Ｈ2O 分子氧化成 ·ＯH 自由基，·O Ｈ自由基得氧化能力就是水体中存在得氧化剂中最强得，能氧化水中绝大部分得有机物及无机污染物,将其矿化为无机小分子、CO 2与Ｈ2O 等无害物质。 反应过程如下: 反应过程如下： TiO ２ + hv → ｈ+ +ｅ- （３） h + ＋e - → 热能 （4) h ＋ + ＯH — →·OH （5) h ＋ + Ｈ2O →·ＯH + H + (6） e — ＋O 2 → O 2- （7） O 2 ＋ H+ → HO 2· （8） 2 H 2O ·→ O ２ + Ｈ2O 2 （９） H 2O ２ + O 2 →·O Ｈ + H + ＋ O 2 （1０) ·OH + dye →···→ CO 2 + Ｈ2Ｏ (11) H ＋ + d ｙｅ →···→ CO 2 + H 2O （12) 由机理反应可知，ＴiO 2光催化降解有机物,实质上就是一种自由基反应。 Ｔｉ02光催化氧化得影响因素 1、 试剂得制备方法 常用T ｉ02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制得得Ti ０２粉末得粒径不同，其光催化效果也不同。同时在制备过程中有无复合，

纳米二氧化钛的制备及光催化

纳米二氧化钛的制备及光催化 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。

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等人利用CVD 法在含碳材料表面制得TiO2。李文漪利用化学气相沉积法水解四异丙醇钛(TTIP)制备TiO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TTIP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:TiCL4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。TiCL4氢氧火焰水解法的基本原理是将TiCL4气体导入高温的氢氧火焰中(700~1000e)进行气相水解,

制备二氧化钛的原理

光觸媒二氧化鈦的製備 目的 利用溶膠－凝膠法製備光觸媒二氧化鈦。 原理 製備奈米級二氧化鈦的方法很多，例如水熱法（Hydrothermal method ）、化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition, CVD ）等，本實驗則採用在常壓、室溫下即可進行的溶膠－凝膠合成法（Sol-Gel method ）。 溶膠（sol ）即溶液內含均勻分散不溶於溶劑的膠體（colloid ）粒子，這些粒徑大小介於1～1000 nm 間的膠體粒子以布朗運動（Brownian motion ）模式於溶液中運動、碰撞、懸浮而不致於沈澱。在溶膠－凝膠合成法中，可細分為金屬烷氧化物的水解（Hydrolysis ）與縮合（Condensation ）反應，其化學反應式如下： 金屬烷氧化物的水解部分 OR OR OR OR H OR OR OR OR H H O H OH OR OR OR ROH H Ti Ti Ti 其中R 代表烷基，ROH 則為醇類。隨著水解反應的逐步進行，最後所有的-OR 基均被-OH 基所取代。

金屬烷氧化物的縮合部分 ROH Ti OR +Ti O Ti +Ti HO Ti OH +Ti O Ti H 2O + Ti HO 水解反應就是與水反應脫去醇類；而縮合反應則是脫去水或醇類，縮合步驟後的二氧化鈦聚集而形成二氧化鈦顆粒。 反應過程中鈦原子的總數不變，因此淨反應為： Ti(OR)4 + 2H 2O TiO 2 + 4ROH 反應中若縮合步驟不完整，則產物中將有部份的TiO x (OR)2 x ，使得產物重量超出理論產率，宜小心控制縮合反應，使反應完整。如果形成的顆粒大到一定程度以致於延展到整個溶液， 此狀態便稱為凝膠（gel ）。凝膠是指一種物質，其具有連續的固體架構，且包圍了連續的液相部份，這個連續的固體結構使凝膠具有彈性。 器材 50 mL 或100 mL 燒杯 攪拌器 磁石(攪拌子) 滴管 離心機 具藍蓋之塑膠離心管 不銹鋼製微量刮勺 烘箱 天平 錶玻璃 藥品 異丙氧基鈦 ( titanium(IV) isopropoxide, C 12H 28O 4Ti ) 絕對酒精 95% 酒精 冰醋酸(HOAc) 實驗步驟 1. 取7.0 mL 異丙氧基鈦溶液(1.0 mL 異丙氧基鈦溶於6.0 mL 絕對酒精)，置於50 mL 或100 mL 乾淨且乾燥的燒杯中，再緩慢加入10.0 mL 95% 酒精。將磁石投入此溶液裡，並把此燒杯放在攪拌器上攪拌，使溶液混合均勻。持續攪拌溶液1小時。在這1小時的時間裡，定時並定量緩慢加入1 M HOAc 共 2.0 mL 。 2. 將燒杯裡的溶液以滴管平均分裝於2支具藍蓋之塑膠離心管中，使其液面等高質量相同，再對稱放置於離心機中進行離心(10,000 rpm , 2 min.)。離心後將澄清液倒棄，以不銹鋼製的微量刮勺將白色沉澱收集在已事先稱重的錶玻璃上。 3. 將錶玻璃放入烘箱(設定100℃)中烘乾，烘乾後取出錶玻璃(請戴棉手套,以免燙傷)，待錶玻璃冷卻至室溫，再稱重以得到錶玻璃與TiO 2的重量。計算TiO 2的產率。 4. 具藍蓋之塑膠離心管、不銹鋼製的微量刮勺與磁石，皆需清洗乾淨，交回。

TiO2光催化原理和应用

TｉＯ2光催化原理及应用 一、前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化得过程中，饮用水源得污染问题日趋严重。根据世界卫生组织得估计,地球上２2％得居民日常生活中得饮用水不符合世界卫生组织建议得饮用水标准.长期摄入不干净饮用水将会对人得身体健康造成严重危害，世界范围内每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡.水中得污染物呈现出多样化得趋势,常见得污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规得饮用水净化技术有氯气、臭氧与紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但就是这些方法对新生得污物往往不就是非常有效，并且可能导致二次污染.包括我国在内世界范围内广泛应用得氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害得高氯酸盐。臭氧消毒就是比较安全得消毒方法，但就是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持,并且日常得维护都需要专业得技术人员；吸附法一般需要消耗大量得吸附剂,使用过得吸附剂一般需要额外得处理。这些缺点限制了它们得应用范围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单得净化水技术。 自然界中,植物、藻类与某些细菌能在太阳光得照射下，利用光合色素将二氧化碳(或硫化氧）与水转化为有机物,并释放出氧气(或氢气）。这种光合作用就是一系列复杂代谢反应得总与,就是生物界赖以生存得基础,也就是地球碳氧循环得重要媒介。光化学反应得过程与植物得光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解与间接光解两类.直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收得能量使反应物得电子在轨道间得转移，当强度够大时，可造成化学键得断裂，产生其它物质。直接光解就是光化学反应中最简单得形式,但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光得照射下,能将光能转化为化学能，促使化合物得合成或使化合物(有机物、无机物)分解得过程称之为半导体光催化。半导体光催化就是光化学反应得一个前沿研究领域,它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行得反应在比较温与得条件下顺利进行。与传统技术相比,光催化技术具有两个最显著得特征:第一，光催化就是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气与土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳与水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太阳光作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目得,对净化受无机重金属离子污染得废水及回收贵金属亦有显著效果。 二、ＴiO２得性质及光催化原理 许多半导体材料（如ＴiO2，ZnO，Fe2O３，ZｎS,CdＳ等）具有合适得能带结构可以作为光催化剂。但就是,由于某些化合物本身具有一定得毒性,而且有得半导体在光照下不稳 以其化学性质稳定、氧定，存在不同程度得光腐蚀现象.在众多半导体光催化材料中，TiＯ ２ 化－还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用得半导体光催化剂。 TｉＯ２属于一种n型半导体材料,它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相与板钛矿相，板

钛白粉(TiO2)的制备

钛白粉生产工艺简介
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钛白粉生产工艺简介
【摘
要】 本文综述了钛白粉的基本性质，介绍了两种主要的钛白粉生产
工艺，并对今后的钛白粉生产工艺加以了展望。 【关键词】钛白粉、硫酸法、氯化法、表面处理、纳米
钛白粉学名二氧化钛（TiO2）,分子量：79.88，是一种白色无机盐料，具有 无毒、最佳的不透明度、最佳的白度和光亮度，被人为地世界上性能最好的一种 白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷用油墨、化纤、橡胶、化妆品等 工业。其主要 TiO2 有三种结晶形态：板钛矿型、锐钛矿型和金红石型。其中板 钛矿只存在自然界矿石中，人工制取的仅为锐钛型（简称 A 型）和金红石型（简 称 R 型） 。二氧化钛颜料的制造有两种生产工艺：硫酸法和氯化法。R 型二氧化 钛和 A 型二氧化钛均可由任一种过程来生产。硫酸法的生产工艺成熟，设备简 单，但是生产流程长，对环境污染严重；氯化法技术先进，生产能力大，产品质 量高，其白度和粒度分布范围广，均优于硫酸法，并且氯气可循环利用，缺点是 对原料要求太严格。 目前，主要由两种具有经济开采利用的钛矿——岩矿和砂矿。多数钛矿在适 用于钛白粉颜料加工前，需要进行浓缩与富集或其他的加工方法以提高 Ti02 在 原料中的含量。通常采用的选矿方法如重选、磁选、静电选等进行选矿，进一步 加工是电炉冶炼成高钛渣和铁还原与化学处理生产人造金红石。 下面分别就两种 制造工艺加以简洁，两种方法的具体流程如下图示：
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钛白粉生产工艺简介
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硫酸法生产工艺
硫酸法使用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应， 得到硫酸氧钛溶 液，经水解得到偏钛酸沉淀，再进入转窑煅烧产出 TiO2。其具体流程如下： 1、TiO2 原料的酸解 一般用 87％～90％的硫酸，在 160～200℃和矿：酸＝1： （1.5～1.7） ） 质量比）下进行精矿硫酸分解，发生的主要反应有以下几个： FeTiO3 + 3H 2 SO4 → Ti ( SO4 ) 2 + FeSO4 + 3H 2O FeTiO3 + 2 H 2 SO4 → TiOSO4 + FeSO4 + 2 H 2O Fe2O3 + 3H 2 SO4 → Fe2 ( SO4 )3 + 3H 2O （1） （2） （3）
反应固相物的形态都是疏松的多孔饼， 其主要成分组成为 Fe2 ( SO4 )3 和 TiOSO4 (硫 酸氧钛)。接下来是用水等将硫酸盐从多孔饼浸出，以钛铁矿为原料时钛液要用 铁屑处理将三价铁还原成二价铁，最后得到含 TiO2120～130g/L 和硫酸钛（以 TiOSO4 为主）的溶液。 2、净化溶液 往钛液中加入改性聚丙烯酰胺（沉降剂）使之沉降，除去不溶性残渣、杂质 和胶体颗粒。沉降后的澄清液采用冷冻结晶或真空结晶使铁以硫酸亚铁形式析 出。冷却结晶温度为 5～7℃，然后离心过滤除去绿矾，最后用板框过滤机或真 空过滤槽过滤，再经浓缩获得 TiO2 约 200～250g/L 的纯净液。发生的主要反应 为： 5H 2O + FeTiO3 + 2 H 2 SO4 → FeSO4 ? 7 H 2O + TiOSO4
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二氧化钛的原理及制备

纳米二氧化钛的制备方法和应用 摘要：阐述了纳米二氧化钛的制备方法，并对其不同特性的应用领域做了详细介绍。主要介绍了纳米二氧化钛在化妆品、涂料、光催化防雾自洁等方面的应用。关键字：纳米二氧化钛气相法物相法化妆品中的应用抗菌塑料 1、前言 纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸在纳米尺度，约为1~100nm。它的尺寸大于原子簇小雨通常的微粉。当小粒子尺寸进入纳米量级是，其本身就具有了尺寸效应、量子效应、界面效应、库伦堵塞与量子隧穿等特性。成为未来材料发展的热点。纳米二氧化钛是尤其重要的一种，它有着粒径小、磁性强、光催化、表面活性大、比表面积大等特性，晶体具有防紫外线、可见光透过、颜色效应和光催化等特性。所以纳米二氧化钛被广泛应用光催化、环境保护、化妆品、陶瓷、建筑、涂料等多个领域。因此纳米二氧化钛的发展有着很大的前景，成为材料领域重要的研究课题。 2、纳米二氧化钛的制备方法 纳米二氧化钛的制备方法可分为气相法和液相法。本文介绍几种常用的方法。 2·1 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为气体，是之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。此类反应大多是在高温下瞬时完成的，对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式等均有很高的要求。气相法主要有TiCl4气相氧化法、真空蒸发—冷凝法、四氯化钛氢氧火焰法、气体颜料燃烧法。 2.1.1 四氯化钛气相氧化法 此法多是以四氯化钛为原料，以氧气为氧源，以氮气为载气，在高温条件下四氯化钛和氧气发生反应生成纳米二氧化钛。其反应式如下: TiCl4(g)+O2(g) =TiO2(s)+2Cl2(g) 可利用气相氧化法制备出金红石型二氧化钛。研究发现氧气预热温度越高,分布越窄、微粒粒径越小,随着晶型转化促进剂浓度增加粒径尺寸减小,随停留时间延长、晶型转化促进剂的增加，金红石相含量增大。这种方法的自动化程度高，但有二氧化钛粒子遇冷壁结疤的问题没能很好解决.