【正文】 學(xué)及力學(xué)等方面的特性，其中銳鈦礦型具有較高的催化效率，金紅石型結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定具有較強(qiáng)的覆蓋力、著色力和紫外線吸收能力。 納米二氧化鈦具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，比如熔點(diǎn)低、磁性強(qiáng)，光吸收性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱，對人體無害等．利用其透明性可散射紫外線的能 力，可作為食品包裝材料，添加劑和化妝品等．利用其光催化性，可處理有機(jī)廢水．在高級轎車面漆領(lǐng)域，也有其獨(dú)特的應(yīng)用．因此，國內(nèi)外眾多的化工公司和科研工作者竟相開發(fā)納米二氧化鈦．中南大學(xué)關(guān)魯雄等科研工作者曾經(jīng)采用溶膠 凝膠法制備納米二氧化鈦，使用 V(酞酸四丁酯 ) : V(水 ) : V(無水乙醇 ) : V(聚乙二醇 6 000) : V(三乙醇胺 )=30 : 5 : 30 : 24 : 30．反應(yīng)溫度為 30℃，晶型轉(zhuǎn)變溫度 400~700℃，獲得 20~30 nm 的 TiO2粉體。比如將二氧化鈦填充到陶瓷材料中，既可以提高陶瓷的強(qiáng)度，又可以使其具有更好的韌性；若將納米二氧化鈦填充在塑料中，除了可以改善其韌性和強(qiáng)度之外，還可以提高塑料的耐酸堿性。二氧化鈦的這一特性已經(jīng)被用于建筑物窗戶、鏡子等玻璃表面 自清潔和防霧等方面。 納米二氧化鈦在其它方面的應(yīng)用 （ 1）超親水性的應(yīng)用 在光照條件下，納米二氧化鈦通過表面結(jié)構(gòu)的改變可以使與水的接觸角減小到 5 度以下，因而具有表面超親水效應(yīng)。 （ 4）光催化制氫 利用光催化手段制氫是目前研究熱點(diǎn)，為同時解決能源與環(huán)境兩大問題提供了新思 路。 （ 2） 抗菌 和傳統(tǒng)的殺菌劑（ Ag、 Cu）等相比，二氧化鈦抗菌材料不僅能使細(xì)菌失去活性，而且 可以降解掉細(xì)菌被殺死后通常仍會釋放的有毒化合物，可謂優(yōu)點(diǎn)突出 （ 3）光電轉(zhuǎn)換 在染料敏化太陽能電池（ DyeSensitized Solar Cells, DSSC）的應(yīng)用中，二氧化鈦薄膜因?yàn)橛凶銐虼蟮谋缺砻娣e、可以保證電子有效地注入薄膜的導(dǎo)帶，并且電子在薄膜中的傳輸速度很快，減少了薄膜中電解質(zhì)受主和電子的復(fù)合，因此得到了廣泛的關(guān)注。此后，很多科研工作者進(jìn)行了這方面的研究，一致認(rèn)為二氧化鈦光催化技術(shù)在污水處理方面有很好的應(yīng)用前景，比如工業(yè)有毒試劑、工業(yè)用燃料、化學(xué)殺蟲劑等皆可使用二氧化鈦光催化劑進(jìn)行降解，并對環(huán)境無害，目前已經(jīng)成為半導(dǎo)體催化研究中最為活躍的領(lǐng)域。到目前為止，二氧化鈦在光催化技術(shù)方面的應(yīng)用主要為治理環(huán)境污染、光催化制氫、抗菌和光電轉(zhuǎn)換等。通常，銳 鈦礦型二氧化鈦為近似規(guī)則的八面體，板鈦礦相二氧化鈦的晶體形狀多為片狀，金紅石相二氧化鈦的結(jié)晶形態(tài)呈菱形結(jié)晶，晶體細(xì)長?？梢钥闯觯邂伒V相二氧化鈦晶胞對稱性屬于 Pcab 空間群，晶體結(jié)構(gòu)為正交晶系；銳鈦礦和金紅石相二氧化鈦則均屬于四方晶系，其晶胞對稱性屬 I41/amd 和 P42/mnm 空間群。而 TiO2 的晶型結(jié)構(gòu)取決于 TiO6 八面體的對稱性和連接方式，其中，銳鈦礦相是 TiO6 八面體共邊構(gòu)成，板鈦礦相和 金紅石相則是由共邊和共定點(diǎn)的TiO6 八面體共同組成。 納米二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì) 二 氧化鈦有很多種晶相，其中最主要的是銳鈦礦相（ Anatase）、板鈦礦相（ Brookite）和金紅石相（ Rutile）；銳鈦礦相和板鈦礦相均屬亞穩(wěn)態(tài)，經(jīng)焙燒都可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的金紅石相。 本文主要 以鈦酸丁酯為先驅(qū)物 ,乙醇為溶劑 ,醋酸為螯合劑 ,采用溶膠 凝膠法制備粉體納米二氧鈦 .綜合考慮水 浴溫度 ,水浴時間 ,溶液的 PH 值 ,煅燒時間的影響。利用納米二氧化鈦?zhàn)鞴獯呋瘎商幚韽U水，其活性比普通二氧化鈦（約 10 μ m）高得多；利用其透明性和散射紫外線的能力，可作食品包裝材料、木器保護(hù)漆、人造纖維添加劑、化妝品之防曬霜等；利用其光電導(dǎo)性和缺光敏性，可開發(fā)一種二氧化鈦感光 材料。納米二氧化鈦不但具有納米粉體的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、久保效應(yīng)等，而且具有其獨(dú)特的性能。 納米粉體是指顆粒粒徑小于 100nm 的粒子。通過改變?nèi)芤旱?PH 值、水浴加熱溫度、水浴加熱時間、煅燒時間四個條件來進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)以鈦酸四丁酯為鈦源，無水乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑，冰醋酸為螯合劑 ，用凝膠 溶膠法來合成納米級 TiO2凝膠，通過改變條件來研究反應(yīng)條件對凝膠 溶膠形成的影響。自 1939 年 Geffcken 和 Berger 的報道問世以來，這種方法一直備受人們的關(guān)注。在眾多的光催化材料中納米級TiO2以其無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，成功的吸引了人們的眼球，使其成為研究最多，應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料。 納米級 TiO2 是目前光催化領(lǐng)域中最常用和最重要的材料，在紫外光的激發(fā)下，納米級 TiO2 產(chǎn)生電子空穴對，具有強(qiáng)氧化能力，可用于降解污染氣體和廢水中的有機(jī)物，在環(huán)保等領(lǐng)域中具有極廣闊的應(yīng)用前景。我國對納米二氧化鈦的研究在“九五”期間形成 高潮，國家資助的研究項目多達(dá)十幾個，己經(jīng)形成納米二氧化鈦的生產(chǎn)企業(yè)或公司近十幾家。二十世紀(jì) 80 年代以前，超細(xì) TiO2的研究開發(fā)目的主要是作為精細(xì)陶瓷原料、催化劑、傳感器等，需求量不大，沒有形成大的生產(chǎn)規(guī)模。 并結(jié)合納米二氧化鈦樣品 X射線衍射和 掃描 電鏡表征的結(jié)果 ,找出制備二氧化鈦的最優(yōu)配比和最佳條件 。其中，溶膠 ― 凝膠法是最常用的方法，是因?yàn)樗谳^低的反應(yīng)溫度下具有獲得獨(dú)特的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的可能性和良好的化學(xué)均勻性。銳鈦礦型二氧化鈦具有良好的光催化活性，作為催化劑被廣泛的應(yīng)用于各種各樣的有機(jī)和無機(jī)污染物的降解。 畢業(yè)論文 納米二氧化鈦粉體制備工藝及其性能研究 摘 要 納米二氧化鈦因?yàn)槠涓咝?、無毒、穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體材料中脫穎而出，成為應(yīng)用最廣的光催化劑，被廣泛用于廢水廢氣處理、光催化制氫、光電池、抗菌等領(lǐng)域，帶來巨大的環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)效益。 結(jié)晶二氧化鈦有三種改性晶相分別為金紅石型（四方， P42/mnm） ,銳鈦礦型（四方， I41/amd）和板鈦礦型 (斜方晶系， Pcab)。二氧化鈦的合成已經(jīng)建立了許多方 法，比如溶膠 ― 凝膠技術(shù)、水熱合成法、化學(xué)氣相沉積法、直接氧化法等等。 本文 以鈦酸丁酯為先驅(qū)物 ,乙醇為溶劑 ,醋酸為螯合劑 ,采用溶膠 凝膠法制備粉體納米二氧鈦 .綜合考慮水 浴溫度 ,水浴時間 ,溶液的 PH 值 ,煅燒時間的影響。 關(guān)鍵詞 : 溶膠 凝膠法 ；納米 二氧化鈦 ；結(jié)晶度；晶粒尺寸；表面形貌 Nano titanium dioxide powder preparation technology and its performance study Abstract Nanocrystalline titanium dioxide (TiO2), regarded as the best photocatalyst for its high efficiency, nontoxity, biological and chemical stability, and low cost, has been widely used in many fields such as degradation of environment pollutants, watersplittingfor hydrogen production, antibacteria, dyesensitized solar cells, et al. and has also brought people huge economic, social and environmental benefits. Crystalline titania has three modification phases which are rutile (tetragonal, P42 /mnm), anatase (tetragonal, I41/amd) and brookite (orthorhombic, Pcab).Anatasetype TiO2 has excellent photocatalytic activity and widely used as catalysts for deposition of a wide variety of anic and inanic pollutants. Many methods have been established for titania synthesis such as solgel technique, hydrothermal method , chemical vapor deposition, direct oxidation and others. Among them, the solgel technique is one of the most used methods due to its possibility of deriving unique metastable structure at low reaction temperatures and excellent chemical homogeinity. This paper discusses preparation of nanometersized titanium dioxide by Sol－Gel method. In the Sol－ Gel process, Ti(OC4H9)4 is used as precursor, C2H5OH is used as solvent and CH3COOH is used as chelating agent. By the experiment, four factors and their effects are studied, namely, water bath temperature,water bath time, PH value of solutions and the calcining temperature on the Sol－ Gel process. With the results of XRD and SEM, the optimum preparation and the preparation reaction term are obtained. Key words:Sol－ Gel process、 Nanocrystalline titanium dioxide、 Crystallinity、Crystallite size、 Surface morphology 目錄 引言 納米 TiO2是一種新型無機(jī)功能材料，近年來己成為超細(xì)無機(jī)粉體合成的一個研究熱點(diǎn)。 80 年代后，開發(fā)的超細(xì) TiO2用作透明效應(yīng)顏料和紫外線屏蔽劑，使超細(xì) TiO2的生產(chǎn)和需求大大增加，成為鈦白工業(yè)和涂料工業(yè)的一個新的增長點(diǎn)。目前全世界超細(xì) TiO2的生產(chǎn)能力估計為 600010000t/a，單線生產(chǎn)能力一般為 400500t/a，國內(nèi)有幾家單位在研究超細(xì) TiO2的生產(chǎn)。自 1972 年 Fujishima等人發(fā)現(xiàn)受到輻射后納米級 TiO2電極表面可以分解水以來，以 納米級 TiO2為代表的光催化材料已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。納米級 TiO2的制備方法很多，溶膠 凝膠法是其中的一種方法。其制作簡單、操作方便、條件易控、產(chǎn)品均一性良好、純度高等優(yōu)點(diǎn)成為目前納米 TiO2 的常用的制備方法之一。 為了研究納米二氧化鈦的制備工藝條件對其晶體結(jié)構(gòu)、粒徑、顏色、表面形貌及其性能的影響，本文主要介紹了采用溶膠 凝膠法制備納米二氧化鈦。 第一章 緒論 納米二氧化鈦粉體研究的背景和研究的意義 本課題是基于 PVC 白色母粒制備工藝及其性能研究項目用顏料鈦白粉（二氧化鈦）制備而考慮進(jìn)行研究的。由于顆粒尺寸的微細(xì)化，使得納米粉體在保持原有物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的同時，與大塊物質(zhì)相比，在磁性、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化和熔點(diǎn)等方面表現(xiàn)出奇異的性能。因此具有廣闊的應(yīng)用前景。納米二氧化鈦，受到國內(nèi)外科技界的高度重視，其研究和開發(fā)涉及到物理、化學(xué)、化工、材料、表面、膠體等眾多交叉學(xué)科，成為材料領(lǐng)域的重要研究課題。 并結(jié)合納米二氧化鈦樣品 X 射線衍射和 掃描 電鏡 對其晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、晶體尺寸 表征的結(jié)果 ,找出制備二氧化鈦的最優(yōu)配比和最佳條件 。三種晶型二氧化鈦的基本結(jié)構(gòu)單元都是 TiO6 八面體，八面體之間通過共邊或共頂點(diǎn)的方式連接形成長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，在每個八面體中心為 Ti 原子，一個 Ti 原子周圍有 6 個 O 原子包圍著（如圖 所示）。 The structure of TiO6units: (a)copoint (b)coborder 表 列出了二氧化鈦三種晶型由 Xray 衍射數(shù)據(jù)得到的晶胞參數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)的空間