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纳米TiO2
纳米TiO2
纳米级TiO2,亦称钛白粉。物理性质为细小微粒,直径在100纳米以下,外观为白色疏松粉末。纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质,在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。此外纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性,且完全可以与食品接触,所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。
纳米TiO2主要有两种结晶形态:锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)。金红石型TiO2比锐钛型TiO2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。
制备方法
制备纳米TiO2多采用合成方法,主要包括气相法和液相法两类。其中,气相法可分为物理气相沉积法和化学气相沉积法,而液相法则有胶溶法、溶胶—凝胶法和沉淀法等。
气相法
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。
液相法
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(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
反应过程为:
Ti0SO4+2NH3·H2O → Ti0(OH)2↓+ (NH4)2 SO4
Ti0(OH)2 → Ti02(s)+H2O
该方法操作简单易行,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。
功能
光催化功能
研究结果发现,在日光或灯光中紫外线的作用下使Ti02激活并生成具有高催化活性的游离基,能产生很强的光氧化及还原能力,可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。
防紫外线功能
纳米TiO2由于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更强的阻隔能力。此外还能透过可见光,是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。
自清洁功能
纳米TiO2具有很强的“超亲水性”,在它的表面不易形成水珠,而且纳米TiO2在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层,利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2,同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净,从而实现自清洁功能。
应用
化妆品
任何Ti02都具有一定的吸收紫外线功能,及优异的化学稳定性、热稳定性、无毒性等性能。超细Ti02由于粒径更小(呈透明状)、活性更大,因此吸收紫外线的能力更强,此外,如消色力、遮盖力、清晰的色调、较低的磨蚀性和良好的易分散性,决定了二氧化钛是化装品中应用最广的无机原料。