納米二氧化鈦的制備及其應(yīng)用 - 物理學(xué)

納米二氧化鈦的制備及其應(yīng)用-物理學(xué)導(dǎo)讀：氣相法是直接利用氣體。當(dāng)今制備納米粒子液相法居多。納米二氧化鈦的制備辦法也是如此。液相法，納米二氧化鈦的制備及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：納米二氧化鈦，氣相法，液相法，光催化納米二氧化鈦具有許多特殊性能，比方外表效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道四大效應(yīng)【1】，從而使其與普通二氧化鈦相比具有許多特殊性能。

納米二氧化鈦是無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料TiO2中極其重要的一種納米材料，是一種穩(wěn)定的無(wú)毒紫外光吸收劑【2】，納米TiO2還具有很好的光催化作用【3】，在光照條件下能夠降解有機(jī)污染物、殺死細(xì)菌。納米二氧化鈦在水處理、催化劑載體、紫外線吸收劑、光敏性催化劑、防曬護(hù)膚化裝品、光電子器件等領(lǐng)域具有廣泛的用途。目前納米二氧化鈦的制備辦法主要分為液相法和氣相法，本文對(duì)其制備辦法及其應(yīng)用開(kāi)展進(jìn)行了總結(jié)。

1制備辦法

1.1氣相法

氣相法是直接利用氣體，或者通過(guò)各種伎倆將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反饋，最后在冷卻過(guò)程中凝聚長(zhǎng)大形成納米粒子的辦法。

1.1.1四氯化鈦氣相氧化法此法多是以四氯化鈦為原料，以氮?dú)鉃檩d氣，以氧氣為氧源，在高溫條件下四氯化鈦和氧氣發(fā)生反饋生成納米二氧化鈦。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，可以制備出優(yōu)質(zhì)的二氧化鈦粉體；缺點(diǎn)是二氧化鈦粒子遇冷結(jié)疤的問(wèn)題較難解決，對(duì)設(shè)備要求高，技術(shù)難度大，在生產(chǎn)過(guò)程中排出有害氣體Cl2，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。

1.1.2四氯化鈦氫氧火焰法以TiCl4為原料，將TiCl4氣體導(dǎo)入高溫的氫氧火焰中700～1000℃，進(jìn)行高溫氣相水解備納米二氧化鈦。四氯化鈦氫氧火焰法制得的納米二氧化鈦粒子晶型為銳鈦礦和金紅石的混合型，該工藝優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高達(dá)99.5%，粒徑小、比外表積大、分散性好、團(tuán)聚程度小，可用作電子化工材料，制備工藝成熟，生產(chǎn)過(guò)程較短，自動(dòng)化程度高；缺點(diǎn)是反饋過(guò)程溫度較高，生成HCl使設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對(duì)材質(zhì)要求高，需要精確控制工藝參數(shù)。

1.2液相法

當(dāng)今制備納米粒子液相法居多，納米二氧化鈦的制備辦法也是如此。主要有溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法等。

1.2.1溶膠凝膠法溶膠凝膠法(簡(jiǎn)稱SG法)，又名膠體化學(xué)法，是被廣泛采用的一種制備納米二氧化鈦的辦法。其原理是以鈦醇鹽或鈦的無(wú)機(jī)鹽為原料，經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)枯燥、煅燒得到納米二氧化鈦粒子。參考，液相法。與其它辦法相比制品的均勻度高，尤其是多組分的制品，其均勻度可達(dá)分子或原子尺度；制品的純度高，而且溶劑在處理過(guò)程中容易除去；反饋易控制，副反饋少；煅燒溫度低，工藝操作簡(jiǎn)單。

1.2.2水熱法水熱反饋過(guò)程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反饋的總稱。該法的原理是在高壓、水熱條件下加速離子反饋和促進(jìn)水解反饋。參考，液相法。一些在常溫下反饋速度很慢的熱力學(xué)反饋，在水熱條件下可以實(shí)現(xiàn)反饋快速轉(zhuǎn)化。

2納米TiO2催化性能的應(yīng)用

2.1殺菌功能

抗菌是指TiO2在光照下對(duì)環(huán)境中微生物的抑制或殺滅作用。TiO2光催化劑對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力。在紫外線作用下，以0.1mg/cm3濃度的超細(xì)TiO2可徹底地殺死惡性海拉細(xì)胞，而且隨著超氧化物歧化酶添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細(xì)胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來(lái)水，可大大減少水中的細(xì)菌數(shù)，飲用后無(wú)致突變作用，到達(dá)平安飲用水的規(guī)范【5】；當(dāng)細(xì)菌吸附于由納米二氧化鈦涂敷的光催化陶瓷外表時(shí)，TiO2被紫外光激發(fā)后產(chǎn)生的活性超氧離子自由基(-O-)和羥基自由基(-OH-)能穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁,破壞細(xì)胞膜質(zhì)，進(jìn)入菌體，阻止成膜物質(zhì)的傳輸，阻斷其呼吸系統(tǒng)和電子傳輸系統(tǒng)，從而有效地殺滅細(xì)菌，并抑制細(xì)菌分解有機(jī)物產(chǎn)生臭味物質(zhì)如H2S、SO2、硫醇等【4】；在涂料中添加納米TiO2可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應(yīng)用于醫(yī)院病房、手術(shù)室及家庭衛(wèi)生間等細(xì)菌密集、易繁殖的場(chǎng)所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細(xì)菌，避免感染。參考，液相法。參考，液相法。

2.2防紫外線功能

納米TiO2既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過(guò)可見(jiàn)光，是性能優(yōu)越、極有開(kāi)展前途的物理屏蔽型的紫外線防護(hù)劑。與同樣劑量的一些有機(jī)紫外線防護(hù)劑相比，納米TiO2在紫外區(qū)的吸收峰更高，更可貴的是它還是廣譜屏蔽劑，不象有機(jī)紫外線防護(hù)劑那樣只單一對(duì)UVA或UVB有吸收【6】。它還能

透過(guò)可見(jiàn)光，參加到化裝品使用時(shí)皮膚白度自然，不象顏料級(jí)TiO2，不能透過(guò)可見(jiàn)光，造成使用者臉上出現(xiàn)不自然的蒼白顏色。參考，液相法。利用納米TiO2的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、涂料和塑料填充劑，可以替代有機(jī)紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。參考，液相法。2.3防霧及自清潔涂層/>TiO2薄膜在光照下具有超親水性和超永久性【7】，因此其具有防霧功能，如在汽車后視鏡上涂覆一層氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結(jié)，冷凝水也不會(huì)形成單個(gè)水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在外表，所以外表不會(huì)發(fā)生光散射的霧。當(dāng)有雨水沖過(guò)，在外表附著的雨水也會(huì)迅速擴(kuò)散成為均勻的水膜，這樣就不會(huì)形成分散視線的水滴,使得后視鏡外表保持原有的光亮，提高行車的平安性。如果把高層建筑的窗玻璃、陶瓷等這些建材外表涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦的光催化反饋就可以把吸附在氧化鈦外表的有機(jī)污染物分解為CO2和O2，同殘余的無(wú)機(jī)物一起可被雨水沖刷干凈，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能[8]。

參考文獻(xiàn)：

【1】卓長(zhǎng)平,張雄.納米涂料開(kāi)展現(xiàn)狀[J].上?；?004(11):33~36.

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【3】陳秋月.納米二氧化鈦改性的研究[M].內(nèi)蒙古石油化工,1998,30(1):51~53.

【4】YuJ.G.,ZhaoX.J.Mater.Res.Bull[M].,2000,35,1293.

【5】WatanabeT.,FukayamaS.,MiyauchiM.,FujishimaA.,HashimotoK.J.Sol.Gel.Sci.Technol,2000,19(3).71-76.

【6】ZhuY.F.,ZhangL.,WangL.,TanR.Q.,CaoL.LiSruf.Interf[M].Anal,2008.32(1).218