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你知道纳米级纺织品用光触媒 TiO 2 的制备方法有那些吗?

作者:山东中康新材料 发布时间:2022-04-07 15:09:11点击:44

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    你知道纳米级纺织品用光触媒 TiO 2 的制备方法有那些吗,这里中康新材料为大家介绍集中常见的制备方法。制备纳米二氧化钛的方法可以分为物理法化学法

    物理法由于只是通过物理力学或固相重新析出来控制粒径和晶型,制成的粉体前后化学组成没有发生变化,常用的有气相冷凝法和粉碎法。气相冷凝法不适用于制备高熔点和高沸点的氧化物,粉碎法是利用机械转动和震动的巨大能量,将原料粉碎为纳米级颗粒,得到的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,难以得到均匀的纳米粉体,所以制备纳米粉体多采用化学法。化学法根据反应物系的形态,可以分为固相法、气相法和液相法。其中固相法由于反应只发生在固体颗粒之间,而固体间的混合程度很不均匀,因而不适合纳米微粒的制备。气相法制备的TiO2纳米粉体纯度高、粒径小、单分散性好,目前市场上性能较好的纳米氧化钛粉体商品牌号为P-25,是由迪高沙公司(Degussa)通过O2氧化气相TiCl4的方法生产的,这种粉体是锐钛矿相和金红石相的混晶,锐钛矿相与金红石相的比例为4:1,大致的生产流程图见图。

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但是气相法的生产设备复杂,能耗大,成本高的缺点,限制了产品的应用和发展。相比之下,有可能降低成本并大量生产的途径只有液相法,原料及生产成本低,反应温度低,设备简单,生产条件易控制等优点,是目前试验室研究和工业化开发的热点。过化学反应,先生成固相成品,在反应过程中控制反应析出条件,防止细微粉体的聚集及生长。


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1.沉淀法

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    沉淀法在制备二氧化钛粉体的工艺中,占有重要的地位,国内的许多研究人员以钛醇盐、四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛以及其他一些含钛无机物为前躯体,严格控制制备条件和制备工艺参数,得到性能优良的二氧化钛粉体。1.4.1。1均相沉淀法均相沉淀法是在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质,使溶液逐渐生成沉淀。该方法能避免直接加入沉淀剂而引起沉淀剂的局部不均现象,能获得粒径、化学组成相对均一的纳米粉末。尹艳红等以TiCl4为前躯体,以碳酸氢铵和尿素作为沉淀剂,通过氨水和硝酸调节反应溶液的酸度,pH控制在0.5-3.0的范围内,制备出不同粒径的二氧化钛纳米粉末。制备得到的二氧化钛尺寸分布较窄,晶型为单一锐钛矿型,且酸度在制备过程中只改变其粒径的大小,对二氧化钛的晶型不产生影响。王世平同样以TiCl4为前躯体,采用尿素为沉淀剂,并选用NH4Cl和H2SO4为辅助试剂,通过改变沉淀剂的用量,制备得到不同粒径的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒。

2.共沉淀法

    雷闫盈等以硫酸氧钛(TiOSO4)为前躯体,银为修饰剂,采用液相共沉淀法制备TiO2微粒。对二氧化钛微粒的结构、组成、晶粒大小、杀菌性能以TEM,XRD等方法进行了表征。结果表明,制备的TiO2微粒为锐钛矿型,微粒大小在80-150nm范围内,微粒杀菌性能好,在5min内对1%菌浓度的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌的杀菌率均达到99.90%以上。经银修饰的二氧化钛微粒可作为无机杀菌剂应用于杀菌或抗菌织物、涂料、塑料、化妆品等。李志杰,侯博,徐耀等在40-50℃下,向一定浓度的硝酸溶液中加入正硅酸乙酯,搅拌直至完全水解,形成透明溶液。在剧烈搅拌下,30min内把钛酸四丁酯逐滴加入上述溶液中,制得不同SiO2含量的TiO2纳米颗粒样品。继续搅拌15min,静置,溶液分层,分离掉上层有机物,然后在50℃下静置。白色粉末逐渐沉淀出,在110℃下烘干,最后分别在400、600、800、l000℃下焙烧2h。采用共沉淀法合成SiO2改性的纳米TiO2样品,SiO2的添加有效地提高了纳米TiO2颗粒的热稳定性,具有比较高的比表面积和较小的粒径。随着SiO2添加量的增加,样品比表面积增加,粒径减小,锐钛相含量增加,SiO2和TiO2颗粒发生强相互作用,形成了Ti-O-Si键合。氧化硅改性的纳米TiO2具有更好的光催化活性,而且随氧化硅添加量的增加,纳米TiO2的光催化活性提高。因此,这种共沉淀法制备的氧化硅改性的纳米TiO2颗粒可以作为优良的光催化剂。1。4。2水解法水解法在制备纳米氧化钛粉体的工艺中,占有主要地位。用钛醇盐或TiCl4、硫酸钛以及其他含钛无机物为前躯体,严格控制工艺参数和制备条件,可以得到性能良好的氧化钛粉体。

3.醇盐水解法

    

醇盐水解法      .png

    高濂等以钛酸四丁酯为前驱体,由于钛酸丁酯极易水解,为了控制水解速度以尽量减少团聚,首先将钛酸丁酯和与无水乙醇混合,配制成10%的乙醇溶液,然后以钛酸丁酯和水的摩尔比为1:100的比例,逐滴滴入正在强力搅拌的蒸馏水中,形成TiO2胶状沉淀,再采用三种不同的工艺方法(直接沉淀、共沸蒸馏、乙醇淋洗)对产生的胶状沉淀进行处理,制备得到TiO2粉体。通过XRD、TEM等对其表征,发现经过直接沉淀与乙醇淋洗工艺都能获得较少团聚的锐钛矿型纳米TiO2,其中采用乙醇洗涤工艺能进一步降低团聚,使晶粒更规则,而共沸蒸馏会使团聚增加。在此基础上,黄军华等对纳米TiO2粉体制备过程中结晶度的控制进行研究,采用醇盐水解法,通过控制醇盐与水的摩尔比以及水解的速度,直接沉淀制备出20nm以下粒径的TiO2粉体,在乙醇洗涤之前经过醋酸处理,可以将TiO2由无定形转变成锐钛矿型。宋哲等以Ti(OC4H9)4为原料,改进了常规的水解沉淀工艺,在氯化铵和氨水缓冲溶液中水解,得到纳米TiO2。实验表明,可明显增加沉淀颗粒的表面电位,从而有效防止团聚的发生。DouglasC。Hague和MerrileaJ。Mayo[29]以钛异丙醇盐为前躯体,改变水与钛醇盐的比例,制备出部分锐钛矿晶型的TiO2沉淀,当沉淀用乙醇洗涤后,沉淀则转化为无定形TiO2,TiO2的结晶情况直接影响后续煅烧得到的晶粒尺寸。

4.溶胶-凝胶法

    溶胶-凝胶法是将钛醇盐或四氯化钛溶解于有机溶剂中,通过加入蒸馏水,使钛醇盐或TiCl4水解形成溶胶,溶胶凝化处理后得到凝胶,再经干燥得到粉体。这种粉体通常是无定形结构,需要经过煅烧,才能得到晶型完整的纳米TiO2粉体。煅烧过程往往带来颗粒的硬团聚问题,晶粒尺寸和形状不能得到很好的控制。在溶胶-凝胶法中,溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和反应时间是控制纳米粉体粒径的重要参数。GuangsheLi等以TiCl4为前躯体,在冰水浴条件下,将50mLTiCl4缓慢加入500mL乙醇中,TiCl4进行醇解,搅拌2小时,形成黄色的透明溶胶,将此溶胶放入87℃烘箱中烘3天,得到白色粉末。将白色粉末溶解后用高速离心机离心分离,除去有机成分和Cl-离子,得到高纯度的锐钛矿型TiO2。

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    实验表明,溶胶过程一定要在冰水浴中进行,否则会形成大量无定形TiO2;在110℃凝胶,则会生成较多金红石型TiO2。Niederberger和Stucky将TiCl4缓慢滴加到苯乙醇中,室温下剧烈搅拌,生成溶胶,将溶胶置于反应釜中,温度控制在40-150℃,保温1-21天,形成凝胶。凝胶经450℃煅烧5小时后,可以制备得到晶粒尺寸为4-8nm的具有较高结晶度的锐钛矿型TiO2。通过控制TiCl4与苯乙醇的比例,以及对煅烧温度的选择,可以制备出不同晶粒尺寸的锐钛矿型TiO2,实验发现,降低TiCl4浓度,可以减小制备的纳米TiO2晶粒尺寸。

    王正平等以钛酸四丁酯为前躯体,为了避免钛酸四丁酯剧烈水解,先将钛酸四丁酯与乙醇混合,再把醇水酸的混合液逐滴滴入钛酸四丁酯醇溶液中。同时为防止发生团聚,在溶液中添加分散剂,静置5-7天,形成凝胶。将湿凝胶置于真空烘箱中,50-60℃烘干,得到松散的凝胶粉末,再把凝胶粉末在O2气氛中进行不同的热处理,制备出粒径为20-100nm的TiO2粒子。干凝胶粉体为无定形结构,经250-300℃热处理后,出现锐钛矿型;经480℃热处理后,无定形全部转化为锐钛矿型;热处理温度大于550℃时,开始出现金红石型结构;热处理温度为800℃时,所有晶粒为金红石型结构。B-Neppolian等人在溶胶-凝胶法的基础上引入超声波发生装置,通过对超声波辐射时间、功率密度、反应器容量、前驱体与水的比例等因素的研究,深入探讨了超声波辅助溶胶-凝胶法的特点,制备得到粒径小,比表面积大的纳米TiO2。

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