上海新型纳米材料

文摘:介绍了用硫酸钛(TiOSO4)制备纳米二氧化钛的主要方法，即沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法和机械化学法，通过对国内外生产现状和特点的比较，确定了以硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛的工艺路线。介绍了该工艺流程，分析了该工艺流程及存在的问题。
    
     纳米二氧化钛是目前应用广泛的纳米材料。它具有无毒、透明、吸收紫外线、熔点低、磁性强、导热性好、白度和亮度最佳等特点。纳米二氧化钛在涂料、精细陶瓷、塑料、造纸、油墨、化纤、化妆品、橡胶、工业废水处理以及作为抗菌剂{1-2} 3002等方面有重要的应用。制备纳米二氧化钛最常用的原料是醇酸钛{Ti(OR)4、R-C2H5、-C3H7、-C4H9等烷基}、四氯化钛(TiCl4)和硫酸氧钛(Ti2SO4)。TiCl4和硫酸氧钛在工业生产中有着广泛的应用，但与Ti（OR）4和TiCl4相比，二氧化钛价格低廉，原料易得{3}。二氧化钛作为制备纳米二氧化钛的基本原料，具有良好的工业应用前景，介绍了以二氧化钛为原料，采用沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法和机械力化学法制备纳米二氧化钛的原理和工艺，并对其进行了评价。
    
     直接沉淀法，又称水解法或中和法，直接以二氧化钛为原料，将二氧化钛制成一定浓度的溶液。加入沉淀剂氨水中和水解后，所形成的二氧化钛水合物可解聚、洗涤和干燥。根据不同的反应条件，可以得到不同晶型的纳米二氧化钛产品，其主要反应为{4}：
    
     二氧化钛的水解释放出大量的H+,以氨水为沉淀剂得到的二氧化钛粉体分散性较好,原因是氨属于弱碱,在反应过程中存在如下电离平衡:NH3 H2ONH+4+OH-。
    
     二氧化钛的水解释放出大量的H+，加入氨水可以中和H+，使反应向正方向进行，加入氨水后，由于NH+4的缓冲作用，溶液的pH值缓慢上升，不仅可以中和反应产生的H+，而且使t该反应向有利于形成二氧化钛核的方向发展，同时也避免了由于pH值的快速变化而引起的快速沉淀问题，导致沉淀组成不均匀。设备与工艺相当，热稳定性好，粒度均匀，分散性好，易于工业化，但直接沉淀法的缺点是容易造成沉淀剂局部浓度过高，导致大量细颗粒沉淀快速形成。由于颗粒的快速形成，晶体往往不完整，表面积大，难以生长和沉淀。它需要更多的洗涤时间，消耗大量的水，干燥时间长，并且容易结块。以工业硫酸钛为原料，采用特种分散剂和冷水浴，采用直接沉淀法制备了纳米二氧化钛粉体，研究了硫酸钛溶液浓度、分散剂用量、煅烧温度对产物的影响。当硫酸氧钛浓度为0.14mol/L时，可以得到粒径约40nm的前驱体{氧化钛(OH)2}粉末，分散剂的最佳用量为二氧化钛(质量分数)的2%，从二氧化钛到金红石的转变温度为850℃。
    
     均匀沉淀法是利用化学反应在溶液中缓慢均匀地释放结晶离子，以达到均匀沉淀的目的，只要适当控制结晶离子的形成速率，就可以避免结晶离子浓度不均匀，过饱和度可控制在以二氧化钛为原料，尿素为沉淀剂，制备纳米二氧化钛的反应原理如下：
    
     Masanori Hirano等。以二氧化钛和Zr（SO4）2为原料，采用均匀沉淀法制备了纳米二氧化钛。通过同时水解二氧化钛和Zr（SO4）2，得到掺杂氧化锆的锐钛矿型纳米二氧化钛。
    
     雷燕英等以硫酸钛（硫酸钛）为原料，尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法制备了纳米二氧化钛。最佳工艺条件为:反应温度120℃,反应时间2h,反应物n(钛SO4):n{CO(NH2)2}=1:2,二氧化钛浓度118mol/L。
    
     胡小李等。{8}以尿素为均相沉淀剂，由工业钛溶液（二氧化钛的主要成分）制备纳米二氧化钛。加水量越大，粒径越大。尿素含量对一次粒径的影响相对较小，尿素含量越多，粒径越小。刘小喜等。以工业钛溶液(二氧化钛的主要成分)和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备了粒径为26nm的锐钛矿型纳米二氧化钛,加入适量的表面活性剂有利于制备粒径小且均匀的球形纳米粒子。确定了反应条件:Ti4+浓度为1.7mol/L,n(二氧化钛SO4):n(尿素)=1:6,反应温度为95℃,表面活性剂用量为0.3%,pH值为2,微波干燥10min,在550℃下煅烧1h。王辉等。以工业钛液（钛SO4的主要成分）为基本原料，采用均匀沉淀法制备了纳米二氧化钛。结果表明，表面活性剂的用量对纳米二氧化钛的尺寸和形状有影响。结果表明，适宜的表面活性剂用量有利于合成尺寸小、形状好的纳米二氧化钛。几种表面活性剂一起使用，而不是单独使用一种表面活性剂。合成二氧化钛更有效。周武义等。以二氧化钛为原料，NH3 H2O为沉淀剂，十二烷基苯磺酸钠（DBS）为表面活性剂，采用室温水解沉淀法制备了纳米二氧化钛。将氨水滴入溶液中，调节pH值。在pH2作用下，开始出现白色沉淀，过滤分离出白色沉淀物后，用去离子水反复洗涤沉淀物，直到5oCl2溶液在母液中检测不到SO2-4，然后用稀硝酸溶解沉淀物形成硝酸钛溶液。向滤液中加入一定量的DBS，充分分散，用氨水中和，用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，然后用异丙醇分散得到稳定的胶体，在25℃真空干燥胶体，在不同温度下煅烧所得粉末，得到纳米。均匀沉淀法克服了直接沉淀法的缺点。沉淀剂在整个溶液中分布均匀，沉淀过程非常缓慢。沉淀物的晶体形状也慢慢长大。沉淀颗粒均匀致密，杂质少，易于沉淀和洗涤，后处理方便。不需要粉碎和筛选过程。产品质量很好。是一种较好的纳米二氧化钛的工业化生产。生产方法{12}的发展前景。缺点是工艺流程长，自动化程度低。各工序的工艺参数必须严格控制。否则，很难得到分散性良好的纳米二氧化钛产品。