添加二氧化钛氧化铝的烧结 英文翻译

第一篇：添加二氧化钛氧化铝的烧结 英文翻译

添加二氧化钛氧化铝的烧结

CH婷，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚 C。华谭，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚 S.拉梅什*，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚

WD腾，SIRIM Berhad公司，马来西亚

摘要

二氧化钛（TiO2）添加剂对氧化铝（Al2O3）烧结的影响进行了研究。在本研究中，在空气中从1250℃至1600℃温度范围内进行无压烧结制备了样品。对烧结体进行了测试，以确定体积密度、硬度和杨氏模量。结果表明，所有掺杂TiO2的样品比未掺杂的样品具有较高的堆积密度。结果发现，随着温度的升高，堆积密度逐渐增大。在1450℃下，最大值为掺杂有1.0 wt%的TiO2 烧结的样品，堆积密度达到3.9米Mgm-3。该研究显示，所需添加剂的最佳用量为1 wt%，烧结体呈现最高的杨氏模量为381 GPa和维氏硬度比为16.5 GPa，未掺杂的氧化铝的杨氏模量为256.7 GPa和维氏硬度比为11.2 GPA。掺杂氧化钛是改善的Al2O3的致密化，而不会影响机械性能的一个经济的方法。关键词： 氧化铝，氧化钛，烧结，力学性能

1引言

氧化铝是最成熟的工程陶瓷，具有高硬度、良好的耐磨性和优良的电绝缘性能，但具有相对较低的强度以及断裂韧性。例如，高纯度的氧化铝已被设计作为一种替代外科金属合金为全髋关节假体和牙植入非常坚韧，是生物惰性组分[1]。在整形外科应用的关节方面，由于氧化铝高硬度，低摩擦系数和优异的耐腐蚀性。其提供了一个非常低的磨损率。

研究提高机械性能，如断裂韧性和强度的已取得进展。该方法一直是试图控制微结构，如晶粒尺寸和晶界相[2,3]，或添加第二相（例如，球形颗粒，血小板，纤维或晶须）[4,5]。例如，已经报道了纳米尺寸的碳化硅颗粒-增强的氧化铝复合材料改进了机械，如抗弯强度（350-1050兆帕）和断裂韧性（3.5-4.7 MPa.m 1/2）特性相比单片氧化铝[6-8]。但是这种方法有一个缺点，因为它需要使用压力辅助烧结方法，例如热压或热等静压可以是资本密集型的。

另一种经济的技术，以改善的致密化 的Al 2 O 3 由无压烧结是通过将适当的低温烧结的添加剂，例如二氧化钛。这种添加剂会融化在相对较低的温度，从而促进颗粒固结到迅速进行，而无需施加压力。在本文中，报告对氧化铝烧结行为加入少量的二氧化钛（TiO 2 的）的影响。2，方法和材料

在作为接收的市售原料为：99.8％纯的Al 2 O 3（共立有限公司，日本）和99.99％纯度的氧化钛（TiO 2）在本研究中使用。化学分析和氧化铝粉末的性质示于表1中。

表1 特性的原料氧化铝粉末。

在本工作中，TiO 2 的范围从0.05〜5重量％被并入氧化铝粉末通过湿法研磨技术。湿浆料进行干燥，粉碎和筛分，得到的细粉。绿色的样品进行了单轴压实在2.5-3.0兆帕接着进行冷等静压，在200兆帕制成。绿色的样品在温度采用10℃/ min的升温速率从1250℃到1600℃无压烧结在空气中。和2小时保温时间。所有烧结样品进行抛光，以测试前一个1微米的表面光洁度。烧结试样的堆积密度按水浸法（梅特勒-托利多，瑞士）进行测定。用维氏压痕法（松泽，日本）测定硬度。压痕载荷（<300克）施加并保持在适当位置，持续10秒。三个压痕对于每个样品取平均值进行了。（：MK5“工业”，比利时GrindoSonic）杨氏模量（E）由声波共振使用商业测试仪器长方形的样品进行测定。弹性或杨氏模量的弹性模量进行了计算和实验确定的谐振频率[9]。3结果与讨论

在氧化铝陶瓷的体积密度的TiO 2 掺杂的影响示于图 1，这可以从图中观察到的总的趋势。图1是氧化铝陶瓷的体积密度增加，烧结温度范围从1250℃至1500℃的最含有多达5.0重量％的TiO 2 的样品的同时将未掺杂的样品表现出增加的趋势中密度高达1600℃的温度C.堆积密度为掺杂1.0％（重量）的TiO 2 样品保持不变，即使从1400℃的温度进一步升高 在未掺杂的样品的相对密度低，即〜理论密度时，在1400℃下烧结，61.4％，然而，显著随着烧结温度来〜时，在1600℃下烧结理论密度的97.8％增加

与此相反，图 图1示出了另外的TiO 2 的高达5％（重量）确实是有益的添加Al 2 O 3 的致密化在低温下烧结。例如，人们发现，所有这些都被烧结在1450℃下在TiO 2 掺杂的样品，如果相比于未掺杂的陶瓷86.8％达到相对密度在96％以上，如表2，另外，如图所示。1，即在Al 2 O 3 含有多达1.0重量％的TiO 2达到的恒定密度〜3.9 MGM-3后1450℃下烧结，如果相比于1600℃下在未掺杂的陶瓷来实现类似的密度/结果表明，二氧化钛的Al 2 O 3 的在较低温度下 2 促进致密化。

表2。相对容重氧化铝陶瓷方面的TiO2添加的。

图1。堆积密度的变化作为烧结温度的函数。的TiO 2 的掺杂对氧化铝陶瓷的硬度的影响，提出了图。2，TiO 2 的掺杂的氧化铝样品的硬度时，在1250℃下烧结的被发现是比未掺杂的样品（如测得的硬度为6.4 GPA为5.0重量％的TiO 2 掺杂的样品相比的更高约1.1 GPA对于未掺杂样品）。总体而言，所有样品的硬度随烧结温度和未掺杂的氧化铝陶瓷达到大约为18GPa的硬度随着烧结温度提高到 1600℃。

但是，当在1500℃下烧结，而2.0％（重量）TiO 2的硬度2掺杂在1400℃下轻微下降的TiO 2 掺杂的样品为0.5％（重量）和1.0％（重量）的硬度下降 上述16 GPA最高的硬度达到了为0.5％（重量），当在1450℃下烧结1.0重量％的TiO 2掺杂的氧化铝陶瓷

图2 TiO2和烧结温度对Al2O3的维氏硬度的影响。的杨氏模量，烧结体的烧结温度和TiO 2 的增加之间的关系示于图 3。

图3。TiO 2 和烧结温度对杨氏模量的Al 2 O 3 的效果。

在一般情况下，在所有研究的组合物的杨氏模量的变化示出了随烧结温度有类似的趋势。这可以从图制成的一般观察。图3是掺杂有对杨氏模量的氧化铝陶瓷的良好效果，即掺杂的样品的模量一般比的未掺杂更高无论烧结温度的。TiO 2为特别为1重量％的添加量在提高杨氏模量的有益效果已经显现出来。杨氏模量增加至381 GPA的最大值，然后当在1500℃烧结轻微下跌至379〜GPA 杨氏模量的变化趋势与堆积密度的趋势相一致，如图所示。1。

4结论

添加少量的钛氧化物高达5％（重量）的已被发现有益于帮助氧化铝陶瓷的烧结。所有的TiO 2掺杂的Al 2 O 3能在低温下，例如1450℃下烧结，获得上述理论密度的96％，如果相比于未掺杂陶瓷的86.8％。加入TiO 2为1.0％（重量）被认为是最有益的，因为该样品表现出的16.49 GPa和杨氏模量为381.2 GPA最高的硬度时，在1450℃下烧结 目前的工作已证明在经济方面和掺入少量的TiO 2 在寻求帮助氧化铝的致密化在低温下没有显著影响其他性能，如硬度的潜力。

致谢

笔者想感谢科技部，技术和创新马来西亚（MOSTI）根据科学基金项目编号03-02-03-SF0011提供的财政支持。此外，在开展这项研究提供UNITEN和SIRIM Berhad公司的支持表示感谢。

参考

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第二篇：二氧化钛纳米材料的制备

二氧化钛纳米材料的制备

陈维庆

（贵州大学矿物加工工程082班

学号：080801110323）

摘要：二氧化钛俗称钛白，是钛系列重要产品之一，也是一种重要的化工和环境材料。目前制备纳米二氧化钛的方法很多，本文综述了纳米二氧化钛的多种制备方法和生产原理，在总结归纳基础上对各种制备方法进行比较，概述相关的研究进展。

关键词：二氧化钛

纳米粒子

生产原理

Titanium dioxide nanomaterials preparation

Chenweiqing

(Guizhou University mineral processing project 082 classes)Abstract: Titanium dioxide, commonly known as titanium dioxide, titanium series is one of the major product, is also an important chemical and environmental materials.Preparation of nanometer titanium dioxide at present a number of ways, this overview of the variety of preparation methods of nano-titanium dioxide and production principle, on the basis of summarizing and to compare various methods of preparation, review of related research progress.Keyword: Titanium dioxide Nanometer granule Production principle 1 前言

近20年来，纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起各领域的广泛关注。是极具挑战性、富有活力的新科技，它对社会发展有着重要意义，对人类的进步有着深远影响。纳米材料可以理解为组成物质的颗粒达到纳米数量级也就纳米粒子。纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间（1~100 nm）的介观系统。目前，纳米科技产品的研发已经拓展到力学、化学、电子学、机械学、材料科学以及建筑、纺织、轻工等领域。

纳米材料及技术是科技领域最具活力、研究内涵十分丰富的科学分支。纳米材料包含纳米超微粒子（1~100 nm）以及由纳米超微粒子所制成的材料。纳米超微粒子以其显著的表明效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光学材料、电磁材料、催化剂、传感器、医学及生物工程材料等众多领域具有极其重要的应用价值和广阔的发展前景。目前，为了提高涂料性能并赋予其特殊功能，将纳米材料用来改性涂料剂或作为助剂添加到涂料材料当中，是涂料产品研发领域的一个热点。改性涂料材料所使用的纳米材料一般为纳米半导体材料，如纳米SiO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、CaCO3等。

二氧化钛纳米材料（TiO2）是当前应用前景最为广阔的一种纳米材料，超微细二氧化钛具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。2 液相法 2.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学法，主要包括4个步骤：

第一步：溶胶。Ti(OR)4与水不互溶，但与醇、苯等有机溶剂无限混溶，所以先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇）A，再配制水的乙醇溶液B，并向B中添加无机酸（HCl，HNO3等）或有机酸（HAc、H2C2O4或柠檬酸等）作水解抑制剂（负催化剂），也可加一定量NH3将A和B按一定方式混合、搅拌得透明溶液。

第二步：溶胶-凝胶转变制湿凝胶。

第三步：使湿凝胶转变为干凝胶。

工业出版社，2006，1：第四步：热处理。将干凝胶磨细，在氧化性气氛中在一定温度下热处理，便可得到<100 nm 的纳米TiO2

溶胶-凝胶法制备TiO2纳米材料可以很好地掺杂其它元素，粉末粒径小，分布均匀，是非常有价值的制备方法。但由于要以钛醇盐作为原料，又要加入大量的有机试剂，因此成本高，同时由于凝胶的生成，有机试剂不易逸出，干燥、烧结过程易产生碳污染，另外，对于困扰已久的团聚问题，局部表面化学反应、机械化学反应及用表面活性剂或聚合物包覆等都不能从根本上解决。2.2 沉淀法

以廉价易得的TiCl4或Ti(SO4)2 等无机盐为原料，向反应体系加入沉淀剂后，形成不溶性的Ti(OH)4，然后将生成的沉淀过滤，洗去原溶液中的阴离子，高温煅烧即得到所要的纳米二氧化钛材料。1 直接沉淀法

在含有一种或多种离子的可溶性盐溶液加入沉淀剂后于一定的条件下形成不溶性的氢氧化物；将沉淀洗涤、干燥，再经热分解得到氧化物粉体，其反应过程为（以TiOSO4为例）：

TiOSO4 + 2NH3·H2O=TiO(OH)2 +(NH4)2SO4

TiO(OH)2 =TiO2(S)+ H2O

该法操作简单，对设备、技术要求不太苛刻，产品成本较低，但沉淀洗涤困难。产品中易引入杂质。2 均匀沉淀法

该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。加入的沉淀剂不立刻与沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。以尿素做沉淀剂为例，其反应原理如下：

CO(NH2)2 +3H2O = CO2+2NH3·H2O

TiOSO4 + 2NH3·H2O=TiO(OH)2 +(NH4)2SO4

TiO(OH)2 =TiO2(S)+ H2O 水热沉淀法

在内衬耐腐蚀材料（如聚四氟乙烯）的密闭高压釜中加入制备纳米二氧化钛的前驱物如TiCl4、Ti(SO4)2等，按一定的升温速率加热，升至一定温度后，恒温一段时间取出，冷

却后经过滤、洗涤、干燥，可得TiO2纳米材料粉体。水热法制备TiO2纳米材料粉体，第一步是制备钛的氢氧化物凝胶，反应体系有T、氨水或钛醇盐、水等；第二步是将凝胶转入高压釜内，升温（温度一般低于250℃）造成高温、高压的环境，使难溶或不溶得物质溶解并且重结晶，生成TiO2纳米材料粉体。此法能直接制得结晶良好且纯度高的粉体，不需要作高温灼烧处理，避免了粉体的硬团聚，而且通过改变工业条件，可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制。然而水热法是高温、高压下反应，对设备要求高，操作复杂，能耗较大，因此成本也较高。2.3 TiCl4直接水解法

将TiCl4直接注入水中，先稀释到一定浓度，在表面活性剂存在下，再通入NH3或NH3·H2O，则TiCl4发生水解沉淀析出TiO2·n H2O过滤、干燥、煅烧得TiO2亚微粉或超徽粉。反应式为: TiCl4 + 4 NH3 +（n+2）H2O = TiO2·n H2O+4NH4Cl 为了控制粒度和粒度分布及反团聚，也有的向TiCl4稀释液中加醋酸、柠檬酸、草酸或H2O2，使石TiO2+形成络合物，再加NH3中和水解，这样可控制水解速度。

该方法的优点是:工艺简单，反应条件温和且反应时间短，产品粒度均匀，分散性好，粒尺寸人为可控.可以制得锐敏型、金红石型及混合晶型，原料易得，生产成本较低，易于实现工业化。但是此方法需要经过反复洗涤来除去氯离子，所以存在工艺流程长、废液多、产物损失较大的缺点，而且完全洗净无机离子较困难。2.4 钛醇盐水解法

在有分散剂存在并强烈搅拌下，对铁醇盐进行控制性水解，沉析出TiO2·n H2O沉淀，过滤、干燥、热处理，容易得到高纯、微细、单分散的类球形TiO2亚微粉或超微粉。该方法合成的纳米粉体颗粒均匀。纯度高，形状易控制，缺点是成本昂贵，作为原料的金属有机物制备困难，合成周期长。2.5胶溶法

该法可制备各种组分的氧化物陶瓷粉体且制得的产品粒径小，粉体分散性好，粒度可控，但易发生粒子间团聚现象，成本也较高。这种工艺制备凝胶的方法与溶胶-凝胶法相似，但是利用胶溶原理，缩短了制备流程，省去耗能多的高温煅烧过程，从而避免了因烧结而引起的纳米粒子之间的硬团聚。2.6 微乳液法

微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混合物，一般由表面活性剂、助表面活性剂（通常为醇类）、油（通常为碳氢化合物）和水(或电解质溶液)组成。由于微乳液的结构从根本上限制了颗粒的成长，因此使得超细微粒的制备变得容易。通过超速离心，使纳米微粉与微乳液分离。再以有机溶剂除去附着在表面的油和表面活性剂，最后经干燥处理，即可得到纳米微粉的固体颗粒。该法所得产物粒径小且分布均匀。易于实现高纯化。该法有两个优点：（1）不需加热、设备简单、操作容易;(2)

可精确控制化学计量比，粒子可控。3 气相法

3.1 低压气体蒸发法

此种制备方法是在低压的氢气、氮气等情性气体中加热普通的TiO2，然后骤冷生成纳米TiO2粉体。其加热源有电限加热法、等离子喷射法、高频感应法、电子束法和激光法，可制备100 nm以下的TiO2粒子。3.2 活性氢-熔融金属反应法

含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧，使金属熔融，电窝的N2、Ar等气体和H2溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器过滤式收集器使微粒与气体分离而获得TiO2纳米材料微粒。3.3 流动页面上真空蒸发法

用电子束在真空下加热蒸发TiO2，蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上，通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜，含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面，然后在真空下进行蒸馏获得TiO2纳米材料超微粒子。3.4钛醇盐气相水解法

该工艺反应式如下:

nTi(OR)4+2nH2O(g)= nTiO2(s)+4nROH 日本的曹达公司等利用氮气、氦气或空气做载气，把钛醇盐和水蒸汽分别导入反分器的反应区，进行瞬间和快速水解反应，通过改变反应区内各种蒸汽的停留时间、摩尔比、流速、浓度以及反应温度来调节纳米TiO2粒径和粒子形状，这种工艺可获得平均原始粒径为10~150nm，比表面积为50~300m2·g-l的非晶形TiO2纳米材料粒子。其工艺特点是操作温度较低，能耗小，对材质要求不是很高。并且可以连续化生产。3.5 TiCl4高温气相水解法

该法是将TiCl4气体导人高温的氢氧火焰中进行气相水解，其化学反应式为;

TiCl4(g)+2 H2(g)+ O2(g)= TiO2(g)+ 4HCl(g)该工艺制备的纳米粉体产品纯度高，粒径小。表面活性大，分散性好，团聚程度较小。其工艺特点是过程较短，自动化程度高。但因其过程温度较高.腐蚀严重、设备材质要求较严，对工艺参数控制要求准确，因此产品成本较高，一般厂家难以接受。3.6 钛醇盐气相分解法 电阻炉热裂解法

nTi(OC4H9)4(g)= nTiO2(s)+2nH2O(g)+ 4nC4H8(g)

反应温度一般控制在500一800 ℃，所得TiO2粒径<100 nm，此法容易获得锐钛型或混晶型TiO2。

2激光诱导热解法

用聚焦脉冲CO2激光辐照TiCl4 + O2体系，在聚焦辐照的高温条件下(焦点区最高温度

达1000 ℃以上)，获得了非晶态TiO2，其微观结构是絮状，内部疏松，是微小颗粒无序堆积的”疏松体”，其比表面积大，吸附能力强，反常的是在乙醇中易分散，在水中却不易分散

3.7 TiCl4 气相氧化法

利用氮气携带带TiCl4蒸汽，预热到435℃后经套管喷嘴的内管进人高温管式反应器.O2预热到870℃后经套管喷嘴的外管也进入反应器，二者在900~1400℃下反应生成的TiO2微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺目前还处于试验阶段，其优点是自动化程度高，可制备优质粉体。

TiCl4（g）+O2(g)=TiO2(g)十2Cl2(g)

nTiO2(g)= nTiO2(s)3.8 蒸发-凝聚法制纳米TiO2

将平均粒径为3 μm的工业TiO2轴向注人功率为60 kW的高频等离子炉的Ar-O2混合等离子矩中，在大约10000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进人冷凝膨屈长罐中降压、急冷得10~50 nm 的TiO2纳米材料。4 其他方法

4.1 超重力法制备纳米TiO2

主要包括水合TiO2悬浊液的制备和TiO2晶体缎烧成型2个过程:(1)将一定量的TiCl4在冰水浴中缓慢溶解于去离子水中，防止温度过高自发水解，再将溶液倒入带刻度的容器中标定浓度，将配好的溶液倒人到储槽内，启动离心泵将其泵人旋转填充床中，待流速稳定后扩通入氨气开始反应，用调频变运胜导导调节旋转填充床转子的转速，当pH值达到设定值时停止通入氨气，中止反应，并从出出口得到产物浆料，此料液便是水合TiO2悬浮液。(2)对悬浮液进行真空抽滤、滤饼洗涤、100℃干燥、锻烧等后续工艺处理，得到纳米TiO2粉体。4.2 超临界相法（SC法）

溶液中合成超细TiO2分别是在3个实验反应器中完成的，这些反应器填充了近临界密度的异丙醇和0.4mol·L-1的醇钛盐溶液。乙醇和异丙醇的临界温度Tc分别为241℃和238.4℃，与醇钛盐气相热解的温度Tc = 265℃相差不远，特别适合作临界相流体，临界相流体有近似液体的密度和高溶剂能，但低的粘度和高扩散率几乎与气体接近，这些性质有利于分子碰撞且能够增加反应动力，能产生高的成核率。此法溶液浓度很低.可以避免粒子间的进一步凝集，低压下超临界溶液作为气体被除去，得到了于燥的粉末，不再需要液固的分离步骤。

将异丙醇-异丙醇钛盐溶液在280℃加热2 h反应即可完全，这与醇钛盐气相热解温度相近，由超临界法所得固体为锐钦型结构。粒径为30~60 nm，热处理后不发生结块。而用气相热分解法制TiO2，最初所得晶粒很好(<20 nm)，但最终强烈结块。超临界法同溶胶-凝胶法比较，免除了沉淀与干燥步骤，在缎烧过程之前，不需要进一步热处理。SC法制的锐钛型TiO2较溶胶一凝胶法制的锐钦型稳定，例如，SC，900℃加热4 h，20%为金红型TiO2;

溶胶一凝胶法.600℃加热4 h.，20%为金红型TiO2。4.3其它方法

惰性气体原位加压法（IGC）、喷涂-电感耦合等离子体法、高频等离子化学相沉积法（RF-PCVD）等等。5 结束语

综上所述，TiO2纳米材料的制备方法很多，大约二十种左右，就目前而言，这些制备方法各有其优缺点。此外，根据TiO2纳米材料的用途的不同。其制备方法也有差异。随着现代高新科技的开发，TiO2纳米材料的制备方法将会越来越多，而且在制备工艺上一集能耗上将会越来越优越。在研究制备工艺的同时，改进现有的合成工艺.寻求粉体质量好、操作简便且易于工业化大规模生产、成本低廉的合成新工艺，应该是努力的目标。对纳米粉末微观结构的研究还有待于进一步深入，对TiO2纳米材料徽粉特有的化学、物理机械性能，应从理论、徽观结构人手，研究它们产生的机理。总之，随着纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深人，TiO2超细粒子的制备技术将会得到日益改进。参考文献

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第三篇：光触媒(二氧化钛-TIO2)实验报道

光触媒（二氧化钛-TIO2）实验报道

TiO2 纳米粒子诱导单和双链 DNA 断裂和所有的一切都也引起染色体损伤以及炎症反应，增加癌症的风险。加州大学洛杉矶分校研究首次表明，纳米粒子有这样的效果，据说罗伯特 Schiestl，一位教授的病理学、放射肿瘤学和环境卫生科学、琼森癌症中心的科学家和这项研究的资深作者。

一次在系统中，TiO2 纳米粒子堆积，在不同的器官因为身体有没有办法可以消除它们。因为他们是如此之小，他们可以去任何地方在人体内，即使是通过细胞和亚细胞机制可能会干扰。

这项研究发表在癌症研究》 杂志 11 月 16 日的一周.在过去，这些 TiO2 纳米粒子被认为是无毒的他们不会煽动一种化学反应。相反，它是表面之间的交互，纳米粒子内他们的环境 — — 在这种情况下里面的鼠标 — — 导致的遗传损伤，Schiestl 说。他们徘徊在体内引起氧化应激，可导致细胞死亡。

Schiestl 说： 这是一种新型机制毒性、理化反应，与常规的化学毒素，是通常毒理学研究的主题，这些粒子导致。

“新原理是钛本身是化学惰性。然而，当粒子变得逐渐变小，其表面，反过来，变得逐渐更大，在这表面与环境的相互作用诱导了氧化应激，”他说。“这是二氧化钛纳米颗粒致遗传毒性，可能是由于与炎症和氧化应激相关辅助机制造成的第一次综合研究。鉴于越来越多地使用这些纳米粒子，这些调查结果增加与接触有关的潜在健康危害的关注。

TiO2 纳米粒子的制造是一个庞大的产业，Schiestl 说，每年约 200 万吨的生产。除了涂料、化妆品、防晒霜和维生素，纳米颗粒可以发现在牙膏、食品着色剂、营养补充剂和数百种其它个人护理产品。

”它可能是自发性癌症的某一部分就是因为这种接触，“Schiestl 说。”，有些人可能是暴露在纳米粒子比其他人更敏感。我相信，这些纳米颗粒的毒性没有得到足够的研究。Schiestl 说，纳米粒子不能通过皮肤，所以他建议使用乳液防晒霜。喷上的防晒霜可以潜在地吸入和纳米粒子可以成为埋藏在肺部。

老鼠被暴露在饮水中的 TiO2 纳米颗粒和开始的第五天出现遗传损伤。相当于人类大约是 1.6 年暴露于纳米粒子在制造环境中。然而，Schiestl 说，尚不清楚如果定期、日常人体暴露在成倍地增长，继续与纳米颗粒接触发生随着时间的推移。

“这些数据表明我们应该关注癌症或遗传疾病，特别是对职业暴露浓度高的纳米二氧化钛，人的潜在危险，它可能是审慎的做法是限制它们的摄入非基本药物添加剂、食用色素等，通过”研究国家。

下一步，Schiestl 和他的团队将会研究，纳米颗粒在缺乏 DNA 修复，也许帮助找到方法来预测哪些人可能会对他们特别敏感的小鼠暴露。

该研究是由美国国家卫生研究院资助的。

故事来源：上面的故事基于由洛杉矶加利福尼亚大学所提供的材料。芝加哥加利福尼亚大学洛杉矶分校。“使用纳米颗粒的共同家居用品造成遗传损伤小鼠”。科学日报》。科学日报》，2009年11月17日。

第四篇：纳米二氧化钛光触媒JR05治理雾霾

纳米二氧化钛光触媒JR05治理雾霾

【摘要】雾霾已经严重威胁到人类生活和健康，治理雾霾成为当务之急。目前，国内外已经研究出纳米二氧化钛光触媒JR05产品治理雾霾。纳米二氧化钛吸收光能激发电子生成带正电的空穴，利用逸出电子的还原性和空穴的氧化性对PM2.5进行分解。【关键词】雾霾 纳米二氧化钛 光触媒

1.前言：

中新网12月23日电新加坡《联合早报》23日文章称，中国的空气污染如果再不引起高度的警惕，真正下大决心、大力度去治理，其造成的损失和代价将是极其惨痛的。受不利气象条件及春节燃放烟花爆竹的习惯影响，2014年，自1月30日（农历除夕）开始，全国多地出现PM2.5数值达到空气重度污染程度。山西太原被浓浓的雾霾笼罩，PM2.5数值已达到250属于重度污染；2月1日农历正月初二，四川眉山、乐山、德阳、绵阳等地遭遇大雾袭击，导致成乐、成灌、成温邛、京昆高速绵广、成绵段等部分国、省道高速公路关闭，民众春节走亲访友出行受影响。2月2日，上海，雾霾笼罩，城市一片朦胧，建筑若隐若现，如同海市蜃楼，市民凌晨在雾霾中出行，截至早7时，全市PM2.5平均浓度为243.1，静安监测站最高为282.3，浦东川沙最低为165.8；2月2日清晨，农历大年初三，安徽省六安市出现浓雾天气。

雾和霾不是同一种气象：雾是空气中的水气和灰尘颗粒结合，形成悬浮在地面水滴。而霾是微小的颗粒飘在空气中，使空气变得混浊的一种现象。组成雾霾小颗粒非常复杂，有好几百种颗粒物。比如有矿物颗粒物、硝酸盐、有机气溶胶粒等，吸入之后这些粒子会进入呼吸道和肺叶中。雾霾的时候空气不怎么流通，然后空气中的病菌和细菌会比较多，传染类疾病比较容易发生感染。雾霾天气空气中的污染物不容易扩散，一氧化碳等有害物质增多。同时还影响人体皮肤散热，容易出现胸闷、疲劳、头晕等症状……

中国雾霾现状给我们敲响警钟。治理雾霾不仅是针对传统雾霾形成机理，还要根据中国雾霾特殊性，注重包括土壤、水源严重污染的治理修复，减少微生物飘逸和阻断微生物营养供给路径。通过全社会的共同努力，早日将雾霾形成的临界点降下来，治理雾霾的难题就迎刃而解。

2.纳米二氧化钛光触媒JR05治理雾霾

2.1反应原理：

光触媒是指可通过吸收光而处于更高的能量状态，并将能量传递给反应物而使其发生化学反应的一类物质。半导体和金属化合物等是常用的光触媒材料、其中最常见的是二氧化钛。二氧化钛广泛用作染料、牙粉、化妆品和食品添加剂等，是一种安全无毒、价廉耐用的物质。当用光照射二氧化钛表面时，像太阳能电池使用的硅片等一样，产生负电荷的电子和正电荷的正孔。这些电子和正孔具有很强的还原和氧化能力，能与水或溶存的氧反应，产生氢氧根自由基和超氧负离子。这些正孔和氢氧根自由基具有很强的氧化能力，构成有机物分子的碳-碳键、碳-氢键、碳-氮键、碳-氧键、氧-氢键和氮-氢键等的键能分别为83 kcal/mol、99 kcal/mol、73kcal/mol、84 kcal/mol、111 kcal/mol、93 kcal/mol，而正孔和氢氧根自由基的氧化能大于120 kcal/mol以上，可以简单地将上述键切断分解。因此，可以将水中溶存的各种有害化学物质或空气中的恶臭物质分解或无害化处理。此外，氢氧根自由基比作为消毒杀菌剂被广泛使用的次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力，可用作杀菌剂和防霉剂。总之，二氧化钛具有在光的照射下能分解和无害化处理几乎所有有害有机物，不用有毒的药品或煤、石油等化石燃料，仅利用干净且取之不尽的太阳能就能将扩散了的环境污染物安全有效地处理并且可半永久化循环使用等众多的优点。

2.2纳米二氧化钛结构研究：

研究过程中，以四氯化钛和无水乙醇做为主要原料，采用溶胶——凝胶法的技术合成路线，成功研制出尺寸为10nm-60nm的二氧化钛粒子。在实验中，针对二氧化钛粒子、粒径、晶型、分散性所做的研究表明：结果表明，反应温度低于30℃时，出现的是锐钛矿，反应温度高于30℃时，开始有金红石相产生。随着煅烧温度的提高，粒子的尺寸不断增大。高于600℃时，增长趋势增大，500——700℃是相变温度区。此外，红外方式下干燥，形成二氧化钛粒径较小，且有金红石出现，并在较低煅烧温度即可获得金红石相。分析认为，红外条件下，提供了相变所需的相变焓。

2.3类似材料：钙基粘合剂Calcium based binders 上世纪80年代，政府决定尝试在街道使用一种钙基黏合剂治理空气污染。这种黏合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃。街道清扫工已将这种新产品用于人口嘈杂、污染严重的城区，目前监测结果称这些区域的微粒已经下降了14%。（2013年2013-10-25 14:40:09 来源: 北方新报(呼和浩特）

这种钙基粘合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃物质。街道清扫工作者已将这种新产品用于人口嘈杂污染严重的城区，目前监测结果称这些区域的微粒已经下降了14%。此外，伦敦还将采取了多项其他措施，包括推出环保巴士，建立更严格的排放标准以及大量植树造林等。

3．目前使用情况：

国内：

记者从光触媒系列产品应用研讨会获悉：上海已在复兴东路、河南路部分路面铺设了一种新型环保材料―――光催化剂，试验表明，该路面能吸收45%的废气污染。车流不息的街头，常常弥漫着刺鼻气味，其中大部分是汽车尾气。针对污染元凶，意大利环球工程技术公司和世纪化学公司合作开发了环保材料―――光催化剂。这种环保材料的主要化学成分是二氧化钛，在阳光或人造光下，会“变身”催化剂，将空气中及汽车排放的二氧化氮分解为硝酸盐，随即被路面上的其他物质吸收。该材料曾铺设在意大利米兰市一条道路上，经过数月分析计算，废气污染数降低了60%至70%。

目前深圳南山区在PM2.5监控点使用纳米光催化材料JR05处理了四五十万平方米建筑外墙、道路，治理汽车尾气、PM2.5、雾霾天气；晶瑞公司和东北林大交通学院承担过交通部两个项目，也是使用高活性、高分散纳米二氧化钛JR05光催化材料处理水泥道路和柏油道路，利用免费的太阳光做能量，高活性、高分散纳米二氧化钛光催化材料做催化剂，光催化分解汽车尾气，产生的是无害的物质，效果很好，氮氧化物降解效率是 60%；项目已经验收结题。

国外：

JR05在美国、德国、日本、意大利、英国、荷兰等多个国家受到好评，在进一步扩大使用。JR05 处理成本在大范围使用情况下，可以大幅度下降；控制在较低的可以承受的范围。这种新材料光催化治理空气污染可以长期有效。

在日本过去20年中，主要由于汽车尾气中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大气污染问题一直没有得到改善，已引起数起公害诉讼而成为严重的问题。如果应用二氧化钛光触媒，则能使大气污染源的一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等氮氧化物（NOx）或硫氧化物（SOx）氧化成硝酸根离子（NO3-）或硫酸根离子（SO42-）。将光触媒涂刷于建筑物的外墙时，就可利用太阳光将氮氧化物或硫氧化物分别氧化成硝酸根离子或硫酸根离子，下雨时可将硝酸根离子或硫酸根离子冲刷下来，就这样可持续不断地进行光触媒反应，从而除去大气中的氮氧化物或硫氧化物。现已研究表明冲刷硝酸根离子或硫酸根离子雨水的酸性可以被空气中浮游的碱性粉尘所中和。目前，含光触媒的大气净化产品，比如道路建设中的大气净化部件、涂料、片材、水泥以及道路路面等已被开发推广。附着有光触媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在开发之中。

4.结论 长期从事组合材料学和材料基因组方法这一前沿技术研究的高琛团队，在光催化材料研究方面，历经初期的材料筛选、中期的材料优化、后期的同步辐射机理研究，合成了几百种材料方案，并获得多项国家专利。在此基础上研发的光催化材料，从绿光到紫外光都能够充分吸收利用，分解污染物质的效率更高。

专家评价，光触媒空气净化器具有在同样的紫外光源照条件下，滤除PM2.5及甲醛、甲苯的效果更好，选用材料的性价比很高，工程化应用前景广阔。

5．文献及资料参考来源：

压缩包中的文件：

《光触媒技术的最新动态和国际标准化》 《二氧化钛毒理学》

《光触媒纳米二氧化钛应用研究》 网站资源：

纳米二氧化钛的制备、结构和性能的研究 http://

第五篇：毕业论文-溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛

摘要

二氧化钛（Tio2），多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。TiO2可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5悬浮颗粒物过高的空气污染。

自20世纪80年代以来，纳米TiO2由于强的吸收和散射紫外线性能，作为优良的紫外线屏蔽剂，用于防晒护肤品、纤维、涂料等领域。本文分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，并对其形貌进行检测和分析。关键词：二氧化钛 沉淀法 溶胶凝胶法 纳米 形貌 Abstract titanium dioxide（TiO2）,usually used for photocatalyst、cosmetic，can disinfection and sterilization by ultraviolet light,now it developed widely,maybe become a new industry in the future.Tio2 can be made into photocatalyst,make the air clean,eliminate 25% to 45% oxynitride from vehicle emissions.Can be used for the treatment of PM2.5 particles of highair pollution.Since the 1980s,nanoTiO2 because it strong performance of Absorption and scattering of radiation,as a good ultraviolet screening agent, Used to prevent bask in skin care products, fiber, coating, etc.Precipitation method and sol gel method are used to synthesis fabricate TiO2 nano materials in the article, and test and analyze the morphology of production.Key words:TiO2

Precipitation method sol gel method nanometer morphology

第一章 绪论 1.1 引言

纳米 TiO2在结构、光电和化学性质等方而有许多优异性能，能够把光能转化为电能和化学能，使在通常情况下难于实现或不能实现的反应(水的分解)能够在温和的条件下(不需要高温高压)顺利的进行。纳米 TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在能源、环保、建材、医疗卫生等领域 有重要应用 前景，是 一种重要的功能材料。1.2 二氧化钛的结构

TiO2在自然界中主要存在三种晶体结构：锐钛矿型（图1a）、金红石型（图1b）和板钛矿型，而金红石型和锐钛矿型都具有催化活性。锐钛矿型TiO2为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接（4个共边，4个共顶角），4个TiO2分子组成一个晶胞。金红石型TiO2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联（其中有两个共边，八个共顶角），两个TiO2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。

1.3二氧化钛的应用

1.3.1基于半导体性质和电学特性的应用领域

TiO2是一种多功能性的化工材料，基于其电磁和半导体性能，在电子工业中有

广泛应用，基于其介电性制造高档温度补偿陶瓷电容器、以及热敏、温敏、光敏、压敏、气敏、湿敏等敏感元件。

TiO2气敏元件可用来检测多种气体，包括H2、Co等可燃性气体和O2。TiO2气敏元件可用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气中O2含量，可以控制和减少汽车尾气中的CO和NOx的污染，同时提高汽车发动机效率。1.3.2基于紫外屏蔽特性和可见光透明性的应用领域 1.3.2.1防日晒化妆品

纳米TiO2，无毒、无味，对皮肤无刺激，无致癌危险性，使用安全可靠；对UVA和UVB都有很好的屏蔽作用，且可透过可见光；稳定性好，吸收紫外线后不分解、不变色。因此被广泛用于防晒霜、粉底霜、口红、防晒摩丝等。1.3.2.2食品包装材料

紫外线易使食品氧化变质，破坏食品中的维生素，降低营养价值。用含0.1~0.5%纳米TiO2的透明塑料薄膜包装食品，既具透明性，又防紫外线。不仅能从外面看清食品，而且能使食品长时间保存不变质。1.3.2.3透明外用耐久性涂料和特种涂料

当纳米TiO2用于涂料并达到纳米级的分散时，可作为优良的罩光漆，由于其可见光透明性和紫外光屏蔽特性，因而可大大增加其保光、保色及抗老化（耐候性）性能。这种涂料可用于汽车、建筑、木器、家具、文物保护等领域。利用其吸收远红外和抗远红外探测的性能，制造特种涂料用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业中。

1.3.3基于光催化性质的应用领域 1.3.3.1光催化合成

利用纳米TiO2优良的光催化活性，在化学工业中可光催化合成NH3，苯乙烯的环氧化等。这方面的工作还处于研究阶段，尚未工业应用。1.3.3.2在能源领域的应用

利用纳米TiO2的光催化活性，可做成太阳能电池（光电池）将太阳能转变为电能。还可以光催化分解水制氢（氢是一种最清洁、无污染，又便于利用的新能源），将太阳能转变成化学能。目前的问题是光利用率和产率太低，需继续研究解决。

1.3.3.3在环保领域的应用

这是最有希望、最有前途的一个领域。纳米TiO2作为光催化剂，在环保领域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题。利用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条件温和，无二次污染等优点。纳米TiO2用于废气处理，可使工业废气脱硝、脱硫和使CO转化为无害的N2、CO2、H2O等，可制造环保用废气转换器。

1.3.4基于颜色效应的应用领域

将纳米TiO2与闪光铝粉和云母钛珠光颜料拼配使用制成的涂料具有随角异色效应，作为金属闪光面漆涂装在小汽车上，将产生富丽雅致的效果。这是纳米TiO2最重要，最有前途的应用领域之一。1.3.5基于表面超双亲性和表面超疏水性的应用

利用玻璃基体上的纳米TiO2涂膜在紫外光照射下具有表面水油超亲合性，可使表面附着的水滴迅速扩散展开成均匀的水膜，从而防雾、防露，维持高度的透明性，不会影响视线，制成建筑物窗玻璃、车辆挡风玻璃、后视镜、浴室镜子、眼镜镜片，测量仪器的玻璃罩等，能保证车辆交通安全和各种用途玻璃的能见度。

又在氟树脂中加入纳米TiO2后，其表面与水的接触角可达160度，显示出超疏水特性，就如同荷叶上的水珠一样，可使之具有防雪、防水滴、防污等特性，从而在某些领域中具有特殊用途。1.4合成制备纳米二氧化钛的方法

近年来，伴随着全球环境污染日益严重，纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。目前，比较简单的半导体光催化剂有TiO2、SnO2、Fe2O3、MoO3、WO3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等，纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。

目前，制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。根据粉体制备原理的不同，这些方法可分为物理法、化学法和综合法。无论采用何种方法，制备的纳米粉体都应满足以下条件： 表面光洁；粒子的形状及粒径、粒度分布可控；粒子不易团聚；易于收集；热稳 定性好；产率高。

1.4.1物理法

物理法是最早采用的纳米材料制备方法，其方法是采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。物理法的优点是产品纯度高。1.4.1.1气相蒸发沉积法

此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中，在(2 ～ 10)× 102 Pa 的He 气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上，然后向反应室注入5 ×103 Pa 的纯氧，使颗粒迅速、完全氧化成TiO2 粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14 nm。1.4.1.2蒸发－凝聚法

此法是将将平均粒径为3μm的工业TiO2轴向注入功率为60 kW的高频等离子炉Ar－O2混合等离子矩中，在大约10 000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得到10～50 nm的纳米TiO2。1.4.2化学法

化学法可以根据反应物的物态，将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。此类方法制造的纳米粉体产量大，粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须，同时，该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理，使粒子尺寸细小且均匀，性能更加稳定。1.4.2.1液相化学反应法

该方法是生产各种氧化物微粒的主要方法，是指在均相溶液中，通过各种方式溶质和溶剂分离，溶质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗粒的方法。液相化学法制备纳米TiO2又分为溶胶－凝胶法、水解法、沉淀法、微乳液法等。

溶胶－凝胶法(Sol － gel 法)是以钛醇盐为原料，在无水乙醇溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。此法制得的产品纯度高、颗粒细、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。

水解法是以TiCl4(化学纯)作为前驱体，在冰水浴下强力搅拌，将一定量的TiCl4滴入蒸馏水中，将溶有硫酸铵和浓盐酸的水溶液滴加到所得的TiCl4水溶 5

液中搅拌，混合过程中温度控制在15 ℃，此时，TiCl4的浓度为1．1 mol /L，Ti4 + /H+ = 15，Ti4 + /SO2 －4 = 1 /2。将混合物升温至95 ℃并保温1 h 后，加入浓氨水，pH 值为6 左右，冷却至室温，陈化12 h 过滤，用蒸馏水洗去Cl-后，用酒精洗涤3次，过滤，室温条件下将沉淀真空干燥，或将真空干燥后的粉体于不同温度下煅烧，得到不同形貌的TiO2粉体。利用该方法制备的TiO2粉体，粒径仅为7 nm，且晶粒大小均匀。在制备过程中探讨了煅烧温度对粉体的影响，水解反应机理、水解温度对结晶态的影响，硫酸根离子对粉体性能的影响等问题。

沉淀法是向金属盐溶液中加入某种沉淀剂，通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地析出，从而使金属离子共沉淀下来，再经过过滤、洗涤、干燥、焙烧而得到粒度小分布窄、团聚少的纳米材料。赵旭等采用均相沉淀法，以尿素为沉淀剂，控制反应液钛离子浓度、稀硫酸及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的用量，制备的粒子为20 ～ 30 μm 球型TiO2粒子，该粒子晶体粒径在纳米范围内5 ～ 208 nm。

微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的有效方法。微乳液是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成一个球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。1.4.2.2 气相化学反应法

气相热解法。该方法是在真空或惰性气氛下用各种高温源将反应区加热到所需温度，然后导入气体反应物或将反应物溶液以喷雾法导入，溶液在高温条件下挥发后发生热分解反应，生成氧化物。1992 年日本Tohokuoniuemi － tu 采用高频感应喷雾热解法以钛氯化物(如TiCl4)为原料制备得到四方晶系纳米TiO2 粉末。

气相水解法。日本曹达公司和出光产公司制备纳米氧化钛采用的技术方法主要是以氮气、氦气或空气等作载体的条件下，把钛醇盐蒸汽和水蒸气分别导入反应器的反应区，在有效反应区内进行瞬间混合，同时快速完成水解反应，以反应温度来调节并控制纳米TiO2的粒径和粒子形状。此制备工艺可获得平均 6

粒径为10 ～ 150 nm，比表面积为50 ～ 300 m2 /g 的非晶型纳米TiO2。该工艺的特点是操作温度较低，能耗小，对材质纯度要求不是很高，并在工业化生产方面容易实现续化生产。其主要化学反应为：

nTi(OR)4(g)+ 4nH2O(g)→nTi(OH)4(S)+ 4nROH(g)

nTi(OH)4(S)→nTiO2·H2O(s)+ nH2O(g)

nTiO2·H2O(s)→nTiO2(s)+ nH2O(g)1.4.3综合法 1.4.3.1 激光CVD 法

该方法集合了物理法和化学法的优点，在80 年代由美国的Haggery 提出，目前，J David Casey 用激光CVD 法已合成出了具有颗粒粒径小、不团聚、粒1.4.3.2 等离子CVD 法

该方法是利用等离子体产生的超高温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米颗粒。该方法有两个特点:

(1)产生等离子时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高;(2)等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应。1.5本课题研究的目的和意义

如上所述，纳米二氧化钛以其特殊的性能和广阔的发展前景引起科学家们的广泛关注。以其独特的表面效应、小尺寸效 应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质,而呈现出许多奇异的物理、化学性质,使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛是20世纪80年代末发展起来的一种新型无机化工材料，它具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能，纳米TiO2是当前应用前景最为广泛的一种纳米材料, 具有很强的吸收紫外线能力, 奇特的颜色效应, 较好的热稳定性, 化学稳定性和优良的光学、电学及力学等方面的特性。其中锐钛矿型具有较高的催化效率, 金红石型结构稳定且具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。因而倍受国内外研究学者的关注。

纳米TiO2具有许多优异的性能，不仅具有优异的颜料特性——高遮盖率、高消 7

色力、高光泽度、高白度和强的耐候性外，还具有特殊的力学、光、电、磁功能；更具有高透明性、紫外线吸收能力以及光催化活性、随角异色效应。特别是随着环境污染的日益严重，纳米TiO2高效的光催化降解污染物的能力而成为当前最为活跃的研究热点之一。而其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保等方面一经面世就备受青睐。

今年来随着各种技术的发展，纳米TiO2已应用在多种领域中，但由于其在环境治理中有其独特的优点，所以其在环保领域会更有大发展。

众所周知，二氧化钛的组成结构、尺寸大小和形貌特征等因素对其性质影响较大，实现二氧化钛的应用不仅需要充分发挥其本征性质，还可以通过尺寸和形貌控制对其性质进行调控。本文主要是研究使用不同制备方法，在不同条件下制备不同形貌的纳米二氧化钛。第二章 原材料及表征 2.1试剂及仪器 2.1.1主要试剂

本实验中，所使用的主要试剂如表2.1所示

所有试剂均未经进一步的处理，实验所用水为蒸馏。2.1.2主要实验仪器

表2.2所示是本实验中所用主要仪器设备及测试所用的大型仪器。2.2样品的表征

扫描电子显微镜的基本结构如图2.1所示，扫描电子显微镜以炽热灯丝所发射的电子为光源，灯丝发射的电子束在通过栅极之后，聚焦成电子束。在加速电压作用下，通过三个电磁透镜组成的电子光学系统，之后汇聚成直径约几十个埃的电子束照射到被观测样品表面。电子束与样品作用，产生不同的电子其其他射线，如二次电子、背散射电子、透射电子、吸收电子及X射线等。这些信号在经收集器吸收后，传输到放大器，经放大器放大，送至显像管，显示出样品的形貌。在扫描电子显微镜表征样品表面形貌时，用来成像的信号主要是二次电子，所谓二次电子，就是指电子束光源与样品作用，样品中的价电子受激发而脱离出来的电子。本实验中，采用中国科仪公司的KYKY-2800B型的扫描 8

电子显微镜对对样品的表面形貌进行表征，扫描电子显微镜的加速电压为20KV。

第三章 沉淀法制备纳米二氧化钛 3.1制备过程