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纳米二氧化钛范文1
20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。
由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。
根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。
表12003年全球纳米TiO2消费量与产品应用
产品应用
消费量/t
UV-吸收剂
1000
光催化剂
<100
化学催化剂
<500
装饰既随角异色
100
表面吸附剂
<50
其它
50
近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技术：⑥纳米TiO2产业化成套技术。由于以上条件的制约，使得纳米TiO2的应用和发展受到限制。
我国纳米TiO2的现状
在国外普遍开展了纳米TiO2的制备和应用技术开发，并取得了阶段性成果，我国纳米TiO2的研究在“九五”期间形成了，据了解，进行纳米粉体制备技术研究的科学院所和高校几乎都在进行和进行过纳米TiO2的研究。重庆大学应用化学系是国内最早(1989年)研究纳米TiO2的单位，华东理工大学、中国科学院上海硅酸盐研究所是目前研究技术较全面、报道最多的单位。国内主要研究单位与制备方法见表2。
表2国内纳米TiO2的制备方法与研究单位
制备方法
研究单位
气相水解法
永新一沈阳化工股份公司
气相氧化法
华东理工大学
胶溶法
重庆大学、吉林大学
溶胶-凝胶法
中国科学院固体物理研究所、华东理工大学、西北大学
化学沉淀法
北京首创纳米公司、成都科技大学、东北大学
目前，国内涉足纳米TiO2生产的公司约有十家，总生产能力在1000多吨。四川攀枝花钢铁(集团)公司钢铁研究院年产200t生产装置是我国技术装备较先进、品种最为齐全的装置，可以生产金红石型和锐钛型两大系列各有4个(10～40)nm的粉体品种；由淮北芦岭煤矿和腾岭工贸有限公司共同组建的安徽科纳新材料有限公司年产100t生产基地在宿州市建成；江苏河海纳米科技股份有限公司投资5000万元，已经建成年产500t的规模；青岛科技大学纳米材料重点实验室与海尔集团联合开发的首条具有百吨生产能力的生产线已经建成并一次试车成功；济南裕兴化工总厂拥有先进的纳米TiO2生产线(已通过省级鉴定)，具备年产100t生产能力，可提供纳米锐钛型、金红石型的粉体和浆料共4个品种、多种规格的产品；此外，四川永禄科技有限公司、浙江舟山明日纳米有限公司、江苏五菱常泰纳米材料有限公司、河北茂源化工有限公司纳米TiO2装置也已建成。纳米TiO2的发展
1）纳米TiO2生产的特点
纵观国外纳米TiO2的生产，存在着以下特点：生产原料主要为四氯化钛、硫酸氧钛，生产方法主要有气相法和液相法。气相法主要有以四氯化钛为原料的氢氧火焰水解法，而液相法主要是以四氯化钛和硫酸氧钛为原料的化学沉淀法，且多数生产厂家为钛白粉生产厂，充分利用了原有氯化法和硫酸法生产装置的中间产物、生产技术、公用工程和生产管理方面的经验。
我国纳米TiO2的研究和生产具有以下几个特点：①对纳米TiO2的研究多、面广，力量分散，低水平的重复性研究现象严重，企业介入的力度不够；②重点进行了纳米TiO2制备技术的开发，对纳米TiO2的应用技术开发力度较小，尤其是有关应用的关键技术没有突破性进展；③工程开发能力薄弱，因纳米TiO2项目一般投资较小，一些大型的工程公司(设计院)对工程化的兴趣不大，不愿投入人力物力进行工程开发，④生产规模小、基本采用湿法工艺，土法上马，产品质量差，现有市场空间较小，没有给企业带来想象中的高利润。目前，我国纳米TiO2的市场价格大致为(7～42)万元/t，因为晶型、质量和产地不同价格差距较大，国内生产的产品价格为(7～24)万元/t。
2）我国纳米TiO2生产的发展建议
生产工艺的比较
气相法反应速度快，能实现连续化生产，而且制备的纳米TiO2纯度高、分散性好、团聚少、比表面活性大，产品特别适合于精细陶瓷材料、催化剂材料和电子材料。但气相法反应在高温下瞬间完成，要求反应物料在较短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应器的形式、设备的材质、加热方式、进料方式均有很高的要求。目前气相法在我国处于小试阶段，欲达到工业化生产，还要解决一系列工程问题和设备材质问题。
与气相法相比，液相法生产的原料成本低了一个数量级。而且具有原料无毒、无危险性、常温液相反应、工艺过程简单易控制、易扩大到工业规模生产、三废污染少、产品质量稳定等优点。因此；液相法中硫酸氧钛和四氯化钛液相中的化学沉淀法最具工业化发展潜力。
原料生产路线
我国钛白工业近十年来发生了很大的变化，取得了令人瞩目的成就，其硫酸法钛白的生产已与国外先进技术差距不多，总生产能力已跃居世界第二位，仅次于美国。
根据纳米TiO2的生产特点，结合国内钛白生产的具体情况，我们提出了以硫酸法生产的中间产物硫酸氧钛为原料的生产路线，充分利用我国在硫酸法钛白工业生产中所取得的技术，以及工程化方面的经验，发展我国的纳米TiO2工业。
生产规模的确定
目前，国内纳米TiO2的需求量一种观点认为应在1万t左右，一种观点认为在1000t以下，我们认为在目前的情况下，后一种观点可能更符合国内的现实。目前国内纳米TiO2的生产能力已经能够满足现有市场的需求，但随着我国纳米产品的普及程度和人们消费观念的改变以及我国整体经济呈现稳步发展的态势，纳米TiO2必将迎来广阔的市场发展空间。因此，新上项目应在(400～500)t/a的生产规模，同时最好建在钛白生产厂内。
生产方法的选择
化学沉淀法一般分为均匀沉淀法、直接沉淀法和共沉淀法三种。其中均匀沉淀法具有工艺简单、产品质量好、易于操作等特点，是最具工业化发展前景的一种制备方法。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。该方法中，加入溶液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，使之通过溶液中的化学反应缓慢生成沉淀剂，只要控制好生成沉淀剂的速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当的范围内，从而控制粒子的生长速度，获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子，常用的均匀沉淀剂为尿素等。以硫酸氧钛为前驱物，以尿素为沉淀剂制备纳米二氧化钛的反应原理为：尿素水溶液在70℃左右开始水解，其反应式为：CO(NH2)2+3H2O=2NH3·H2O+CO2
由于尿素的分解速度受加热温度和尿素浓度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低，从而可得粒径分布均匀和粒径小的纳米TiO2。尿素的分解产物CO2和NH3，在反应或煅烧后均为气体，易挥发，不会对产品的纯度和质量造成影响。生成沉淀剂NH3·H2O在TiOSO4溶液中分布均匀、浓度低，使得沉淀物TiO(OH)2均匀生成：
TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2+(NH4)2SO4
TiO(OH)2煅烧得到TiO2：
TiO(OH)2=TiO2+H2O
存在的问题
纳米二氧化钛范文2
[关键词]环保 纳米二氧化钛 制备方法 运用
[中图分类号] X324 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-250-1
在各种新型无机化工材料中，纳米二氧化钛由于具有粒径小、磁性强、吸收性能好、表面活性大等特点得到了迅速的发展，目前已经被广泛应用于环保、能源以及医疗卫生等多个领域中。现阶段纳米二氧化钛主要包括金红石型、板钛型以及锐钛型等三种晶体结构，并且随着科学技术的不断进步仍然有着广阔的开发利用前景，因此本文主要对环保行业中纳米二氧化钛的制备方法及运用情况进行了分析。
1环保行业中纳米二氧化钛的制备方法
1.1气相法
利用气相法制备纳米二氧化钛时，可以采用下述两种方法：一种方法是不需要伴随化学反应的，只需要在激光、电子束照射、真空干燥以及电弧高频感应等条件的基础上，将原料气化成为离子体，并在介质中将其进行冷却，确保离子体能够转化为纳米二氧化钛微粒，我们把这种制备方法称为物理气相沉积法。该方法的优势在于产物具有较高的纯度以及良好的晶型结构，而且可以对粒度进行控制，不过对制备所需设备及技术有着较高的要求。另外一种方法则会伴随化学反应，该方法的制备原理主要是通过让气态物质在固体表面发生化学反应，并在激光、高频电弧以及电子束等条件下，使其形成固体沉积物，我们将这种方法称为化学气相沉积法。该方法的优势在于产物纯度高、团聚少，具有良好的分散性等，不过受到产物收集困难的限制，导致其产物成本相对较高。常见的气相法主要包括钛醇盐热裂解法、TiCl4气相氢氧火焰水解法以及TiCl4气相氧化法等。
1.2液相法
目前在各种制备纳米二氧化碳的方法中，人们针对液相法做出的研究工作最多，该方法主要将TiCl4、Ti（SO4）2、钛的醇盐等作为制备原料，将其水解成二氧化钛水合物，并对其进行干燥和高温焙烧，以此来获得纳米二氧化钛粉体。该方法的优点主要包括反应温度低、能源消耗少以及所需设备简单等，在现阶段环保行业进行超微粉的制备中得到了广泛应用。但是由于产品的分散性差，导致颗粒大小以及形状等存在较明显的不均匀性，增加了制备成本，限制了产品的使用范围。目前常见的液相法主要包括溶胶- 凝胶法、水热法以及沉淀法等。
1.3固相法
采用固相法合成纳米二氧化钛的原理为固-固反应以及固态原料的热分解技术。目前主要包括电解沉淀法、直接沉淀法、非晶晶化法、反应球磨技术以及溶胶-凝胶法等。通过采用XRD、TEM、SEM、Mossbauer 谱和比热测量分析可以知道，上述制备方法得出的纳米产物界面结构都有较高的相似度，大多数晶界呈有序结构，不过点阵畸变现象较为明显而且程度不一。在上述制备方法中，反应球磨技术制备得出的纳米产物缺陷密度相对较高，更有利于获得过饱和固溶的亚稳晶体合金相。
2环保行业中纳米二氧化钛的具体运用
2.1抗菌除臭
由于二氧化钛在光照条件下能够抑制并杀灭环境中存在的微生物，因此将纳米二氧化钛应用于环保行业中具有较好的抗菌作用。例如二氧化钛光催化剂可以有效杀灭大肠杆菌、绿脓杆菌等。杀菌原理为：首先在光催化陶瓷表面上涂抹一定量的纳米二氧化钛，细菌在吸附到陶瓷表面后，能够被纳米二氧化钛经过紫外光激发所形成的活性超氧离子自由基以及羟基自由基穿透，从而对细胞膜质起到一定的破坏作用，防止成膜物质的继续传输，有效阻断细菌的呼吸系统，达到灭菌的目的。而且由于细菌在分解成为有机物后会形成一定量的臭味物质，例如硫醇以及二氧化硫等，因此在纳米二氧化钛发挥抗菌作用时还能够有效抑制这些臭味物质的形成，具有良好的除臭功能。
2.2有害气体净化
随着现代化工业的不断发展，世界各地都存在程度不一的环境污染问题，有害气体的净化受到了广大人民的重视。随着纳米二氧化钛催化降解技术的快速发展，有效提高了有害气体净化效果。针对室内环境中存在的甲醛、甲硫醇以及氨气等有害气体，纳米二氧化钛能够在光催化作用的基础上对这些有害物质进行分解氧化，有效降低室内有害气体的浓度，缓解由于有害气体浓度过高而造成的人体不适感。另外随着汽车尾气以及工业废气等排放量的增加，使得空气中氮氧化物及硫氧化物的浓度不断提高，而通过利用纳米二氧化钛的光催化作用，可以将这些物质氧化为蒸汽压低的硝酸或硫酸，随着降雨过程将这些物质消除，有效缓解大气污染。
2.3处理污水
（1）有机污水处理。现阶段工业生产及日常生活中排放的污水量大，包含大量的有机污染物，特别是在工业污水中存在大量具有较高毒性的有机物，如果单纯的采用生物处理技术无法将这些有害物质从根本上消除，因此通过采用纳米二氧化钛光催化剂，能够将污水中处于光照条件下的烃类、卤代物、羧酸等有害物质进行氧化，将其有效还原为CO2和H2O等无害物质。
（2）无机污水处理。污水中除了有机物以外，例如Cr6+等无机有毒物质在接触到二氧化钛催化剂表面时，可以捕获到催化剂表面形成的光生电子，从而将毒害性较强的Cr6+有效降解为毒害程度相对较低的Cr3+，以此来达到净化污水无机物的目的。另外在污水中还存在大量的例如Pt4+，Hg2+，Au3+等重金属离子，在接触到纳米二氧化钛催化剂表面时，也可以通过捕获光生电子发生还原沉淀反应，从而收回工业污水中存在的无机重金属离子。
3结束语
总之，纳米二氧化钛作为一种新型无机化工材料，在环境保护方面发挥了重要作用。而且随着催化科技的不断发展，纳米技术水平将有更大提高，促进纳米二氧化钛改性材料的研发，进一步完善纳米二氧化钛表面修饰技术，充分发挥出其具有的多功能效应，确保纳米二氧化钛能够作为一种重要的环境净化材料，更好的应用于绿色环保事业的发展中。
参考文献
纳米二氧化钛范文3
关键词：二氧化钛纳米管；制备方法；形成机理
自发现二氧化钛纳米管具有光催化性能以来，越来越多的科学家及学者对它展开了研究，人们发现二氧化钛的这种性能在普通材料（块状固体、粉末）上都不明显，只有在纳米尺度的范围内才可以满足这种光催化性能，材料粒径大小和时间有这样一个关系式：t=d2/（k2D），在这个公式里，D代表扩散系数，d是粒径尺寸，k是常数。从这个公式里，粒径大小与时间成正比，光催化性因此提高，同时催化剂尺寸减小，表面积会增大，降解物吸附在二氧化钛上的成功率提升，反应加速进行，所以制备纳米级二氧化钛催化剂是非常有必要的，如今纳米材料材料的制备方法、工艺流程、材料性能已非常普遍，本文将介绍一种新的制备纳米二氧化钛的方法―二氧化钛纳米管，与其它型材相比，二氧化钛纳米管比表面积更大，同时可二次利用。
模板合成法：利用基底材料的外表面或间隙作为合成底板，在紫外线的照射下，苯甲酰会产生自由基从而诱导甲基丙烯酸甲酯在模板的微孔里聚集，经过以上反应后，加入NaOH反应结合多余的Al、Al2O3，通过溅射法制得了金膜电极，再利用电化学沉积技术，选择TiCl3盐酸溶液作为镀液，最终在基底表面制得二氧化钛纳米管，紧接着将制好的材料放置在丙酮溶液里，基底模板被溶解，二氧化钛纳米管保留下来，这时的纳米管是无定型的，经过一定选定温度的热处理，相应的还可以得到锐钛矿纳米管、金红石纳米管，利用此法制备纳米管技术有利有弊，好处是制得的纳米管整齐，形貌均匀，但是缺点是很难制备小管径纳米管，同时制作的工艺流程冗长繁杂，无法批量化大规模生产，在去除模板的过程中极易损坏纳米管，导致形貌破损，实验过程中很难重现[1]。
热合成法主要是依据溶液中物质发生化学反应而进行的一种合成，反应过程中溶液中的物质处在分子状态，所以反应活性很高，用合成法制备二氧化钛纳米管在原料上一般选择有四氯化钛、有机钛等，处理的方法是先用浓度高的NaOH水热处理，紧接着用浓度低的氯化氢中和，通过去溶液比例的调控、温度的控制可以制备出不同管径、不同厚度的二氧化钛纳米管，与前面的方法相比较，水热合成法制作工艺简单，投入低，易于实现批量化生产，容易制备出小管径纳米管，但是该法制得的二氧化钛纳米管长度有限制，对原料中二氧化钛的尺寸有依赖性，同时反应对温度压强有较高要求，耗时较长，同时水热合成法制备出的二氧化钛纳米管是一种离散状态，不是最终成品，还需将其再次固定在钛模板上[2]，在第二次工艺中极易对产品造成污染。
阳极氧化法是在钛基底上直接制备二氧化钛纳米管阵列，这样制备出来的纳米管与底材结合牢固，稳定性好，是一直极好的对材料表面进行改性的方法，
阳极氧化的原理是采用电化学方法，将铂电极作为阴极，钛片放置阳极，两极相对保持设定距离，电解液配置常用酸包括，硫酸、氢氟酸等，设定一定的时间和电压从而制备出二氧化钛纳米管阵列，研究表明实验过程中电压、电流、时间、阳极氧化电解液配比等，这些因素都会对纳米管的形成产生影响，对不同的条件进行调整，就可以得到长度不同，管径不同，壁厚不一的纳米管[3]。
阳极氧化方法的电解液主要是HF体系为代表，主要有HF+H2O、HF+H2SO4+H2O、（NH4）H2PO4+H3PO4+HF等，在HF体系电化学方法下，纳米管形成原理本文用反应式来加以说明，下面三式为主要代表反应式[4]：
2H2OFYO2+4e+4H+JY（1-1）
Ti+O2FYTiO2JY（1-2）
TiO2+6F-+4H+FYTiF2-6+2H2OJY（1-3）
在前两个反应式中，钛表面逐渐形成一层致密的氧化膜，经过第三个反应式，氧化膜表面有规律的形成一个个凹痕，第一过程，电化学反应开始，在极短的时间内形成氧化膜；第二过程，在氢佛酸作用下氧化膜表面被腐蚀形成小孔；第三过程，氧化腐蚀继续，孔洞被腐蚀成具有一定长度的孔径，在反应刚开始的氧化膜表面被蚀出凹孔，随着反应继续，时间增加，凹孔长大变成孔洞，有于电势作用，孔底是高电势所以得到较强的电场力，位于基底的材料继续被氧化腐蚀，二氧化钛也不断溶解生成，经过一段反应时间后最终形成纳米管。除此之外，人们还对二氧化钛纳米管的制备做了许多研究，涉及无机电解液对纳米管的影响，有学者用NH4F+无水乙酸电解液在较低的电压下合成管径长度在100-200nm之间的二氧化钛纳米管，也有学者利用NH4F+丙三醇电解液制成管径长度在7μm的纳米管，这种纳米管制备需要的时间较长，但壁身光滑。现如今制备纳米二氧化钛的方法多种多样，但是凡是采用阳极氧化方法制得纳米管都是无定型的，想要获得锐钛矿结构只有通过热处理。（作者单位：重庆三峡学院机械学院）
参考文献：
[1]潘善林，张浩力，彭勇，等.模板合成法制备金纳米线的研究.高等学校化学学报，1999.10
纳米二氧化钛范文4
纳米材料已经完全融入了人类的生产生活中，如一些化妆品就掺有光催化剂（一种基础纳米材料），可以用来避免紫外线辐射；改进的纳米车窗玻璃可以防止凝结水；碳纳米管集结的绳索比钢筋还要结实；科学家也一直尝试使用纳米颗粒负载药物用于癌症和艾滋病的治疗。这些纳米技术带给人们惊喜的同时，也带来了改善生活的可能。但纳米材料完全是“天使”吗？凡事都有两面性，纳米材料也不例外。前不久，有人发现纳米铝颗粒可以增强致病菌的耐药性。听到这个消息，人们在使用纳米材料制成的产品时或许要做更加周全的考虑了。
一个不争的事实是，纳米颗粒进入生态系统及人类生活环境的量越来越大，种类也在逐渐增多，这些纳米颗粒都或多或少会对负载它的生物体产生影响。在对动物影响的研究中，科学家发现纳米材料具有一定的神经毒害作用，对不同的器官有不同的毒害形式，且决定于剂量和作用时间。纳米材料除了对动物或人体产生安全风险，对植物也有影响。
研究纳米对植物生长的影响才刚刚起步，而可以预期的是，纳米颗粒对植物乃至生态系统都会有不同程度的影响。纳米和植物有着微妙的关系，有时你会发现它们“互利共生”，而有时它们又显得“水火不容”。
纳米与植物的微妙关系
最初，人们主要想知道如果纳米材料进入水体和生态环境，会对植物的生长造成什么样的影响。人们首先关注的是对种子萌发率的影响，如：发现中等浓度的纳米二氧化钛可以促进一些种子的萌发，而对另外一些种子则没有作用；纳米材料对种子萌发的影响与纳米颗粒的性质有关。有科学家证实纳米锌颗粒和纳米氧化锌能显著抑制黑麦和油菜的种子萌发，对玉米、黄瓜等的根长也有显著抑制作用。与此同时，另一些科学家却
发现纳米二氧化钛可以增强菠菜的光合作用，且证实与它的光催化活性密切相关。中国农业科学院的研究者也发现在黄瓜叶面上喷施0.35%的纳米二氧化钛半导体溶胶可显著降低叶片病斑面积、发病率，并对叶绿素和胡萝卜素的合成具有促进作用。
而中国海洋大学的研究者发现纳米二氧化钛对短裸甲藻的生长具有抑制作用，且主要是增加了短裸甲藻体内的羟自由基。这些看似矛盾的研究说明了纳米颗粒的生物学效应与颗粒的性质（表面修饰程度、大小、直径等）及植物材料是密切联系的，与生长周期和施用方式也有关系。如浙江师范大学近期的研究发现，直径6.22纳米的二氧化钛颗粒降低了长序榆幼苗的光合作用，对叶肉细胞产生了毒害，光照在一定程度上决定了纳米材料的伤害程度。进一步的研究发现，纳米二氧化钛没有影响到叶片氮的合成，植物体内积累的一些糖类和脂类物质是应对纳米毒害的机制。
碳纳米管与植物
目前，科学界对碳纳米管材料与植物相互作用的研究较为深入。2009年美国阿肯色大学小石城分校的科学家发现，多壁碳纳米管能够进入番茄的种子细胞中，促进种子的萌发和幼苗的生长速率。随后他们证明多壁碳纳米管也能促进烟草的生长。
当然，纳米材料如果影响到了植物生长的表观生理，那么这种影响肯定是牵涉到众多生理过程的。科学家使用光声光热技术发现了碳纳米管在植物体内的积聚，碳纳米管从根进入到了叶片，从而影响了包括光合作用、呼吸作用和蒸腾作用在内的重要生理代谢过程。纳米材料的生物学效应与其表面性质密切相关，如有人证实水溶性的碳纳米管能够促进鹰嘴豆的生长，而量子点修饰（一种表面修饰纳米粒子的技术）的多壁碳纳米管却不利于番茄的生长。有些多壁碳纳米管能够诱导植物根部细胞染色体畸变、DN段化和细胞凋亡，而有些却能显著改善植物的生长调节能力，如科学家观测了两种不同粒径的碳纳米管对5种植物生长的影响，发现碳纳米管能够促进种子萌发和根的伸长，10纳米的碳纳米管可以减轻污水淤泥对植物生长的毒害，而60纳米的碳纳米管则会加重其毒害。
金属纳米材料的直径效应更明显，如纳米二氧化钛溶液对黄瓜幼苗的发芽与生长随着纳米粒径的减小抑制作用也就越明显，植物体内会富集更多的金属钛。西葫芦幼苗暴露在银纳米颗粒的溶液中可吸收4.7倍于银溶液的银含量，而在银纳米溶液中植株的生物量（是衡量生长能力和潜力的指标）和蒸腾能力下降幅度更大。这都说明粒径的大小或者纳米材料的性质在某种程度上决定了其生物学效应。
纳米二氧化钛范文5
[关键词]纳米TiO2 光催化 溶胶-凝胶
[中图分类号] TB33 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-348-2
纳米TiO2在光照下比一般材料具有更优异的催化能力，但它只能利用太阳中的紫外光，太阳能利用率低，在太阳光辐射中，波长小于388 nm的紫外辐射只占大约4%―5%。另外，纳米TiO2 催化剂光激发后产生的空穴和电子复合的几率很高、量子效应较低，这些缺点也是目前半导体光催化剂普遍存在的问题。本实验的目的是探索纳米TiO2复合材料的制备，提高其在可见光下的光催化活性。
1材料制备过程
1.1实验过程如下
（1）将10ml钛酸丁酯与20ml无水乙醇混合搅拌15min，充分溶解为A溶液。
（2）另取一定量的0.1 mol/L V5+溶液，加酸至50 ml为B溶液。
（3）将A滴入B中，机械搅拌1.5h，常温反应，得透明溶胶。
（4）取NaOH溶液缓慢滴入溶胶，用HNO3调节pH值，得到TiO2凝胶。
（5）加入适量水离心分离洗去杂质。100℃下烘干，并研细至无明显颗粒感。
1.2XRD测试
采用日本理学公司的Rigaku-D/MAX-2550PC型X射线衍射仪对所得粉末样品进行X射线衍射分析，使用Cu-Kα 辐射源，波长为1.5406 A，使用Ni滤波片，采用管流为300 mA、管压为40 KV，扫描速度5度/分，步长为0.02°。阶梯扫描步长为0.04°，每步停留5秒。
1.3光降解试验
准确称取0.100g活性艳红染料，配成浓度为50mg/L的染料， 模拟印染废水。另取0.200g催化剂投入染料溶液，测混合液的吸光度。活性艳红的特征吸收波长为540nm。紫外灯浸入水中照射，并每隔0.5小时取上清液，直接于Kmax=540nm处测其吸光度，再根据吸光度变化求其脱色率。
脱色率=（1-A/A0）×100%
式中：A0，A分别为光照前后的吸光度。为保证紫外线的有效利用，在玻璃烧杯的外面贴上一层反光的铝铂纸。
2材料制作结果与讨论
2.1掺钒比率对材料结晶的影响
添加不同量的钒制得TiO2作XRD测试，结果如图1所示。从XRD衍射图分析得到，各材料的晶粒尺寸大小依次为4.2、4.0、3.4、3.9、4.1、4.3nm，说明随着掺钒的比例增加， 晶粒尺寸先减小后增大，在x=0.01时最小。由于V5+离子的离子尺寸比Ti4+离子要小， V5+离子渗入晶胞，替代了Ti4+的位置，使纳米晶体的晶粒尺寸减小。当x量较小时（x
2.2pH值对材料结晶的影响
对不同pH下制得的样品作X射线衍射分析，见图2。在碱性条件下，溶胶沉淀速度较快，二氧化钛结晶度差，呈无定形状态。当pH=6时，二氧化钛的峰形明显尖锐化，说明pH=6条件下合成的二氧化钛晶形较好。pH=6和pH=3的条件下，样品中含有板钛矿型的二氧化钛。实际操作中低pH条件下制得的材料量较少，所以反应的pH值不应过低。
2.3实验温度对材料结晶的影响
随着反应温度的升高，锐钛型TiO2峰形尖锐化，说明TiO2微粒晶形越来越好；同时从XRD衍射图分析得到，不同反应温度制得的复合材料中，TiO2纳米晶粒尺寸依次为3.4 nm ，3.3 nm ， 3.6 nm ，3.9 nm ，4.3nm，说明反应温度升高，TiO2纳米晶粒尺寸呈增大趋势，这可能是由于在较高的温度下，TiO2生成结晶的反应速度较快，容易生成较大的颗粒。随着纳米材料晶粒尺寸增大，其量子化效应减弱。
3材料催化性能研究
3.1钒添加量对材料催化性能的影响
对实验制备的材料作催化实验，从降解效果图4中可以看出，随着掺杂量的变化，催化效率先增加再减少。可能是由于钒离子进入TiO2晶胞中，造成晶格缺陷，改变了能隙，从而增加了紫外光的利用率。当钒的量过大时，可能生成了钒的氧化物包覆在TiO2的表面，减少受光面积，而降低催化效率。
3.2温度对材料催化性能的影响
将1%掺杂量制得的TiO2催化降解活性艳红染料，其催化结果如下，样品的催化性能先升后降，在40℃下材料具有最大的催化降解率，达到90%。
3.3PH值对材料催化性能的影响
尽管不同的pH值对纳米二氧化钛的晶型有影响，但是各样品在紫外线下对活性艳红的催化性能基本无差别。
4结论
实验结果表明纳米TiO2合成过程中，温度，pH，钒的掺杂量等对结晶有较大影响。在V5+的掺杂量为1%，pH=6，温度为100℃，溶解酸为HNO3的情况下可以制得锐钛矿型的纳米TiO2，晶形较好，纳米晶粒尺寸约在3nm～～4nm之间。纳米TiO2在低浓度的染料溶液中催化脱色效率在80%～90%之间，而且反应过程中，脱色速率基本衡定。
参考文献
纳米二氧化钛范文6
tio2属于一种n型半导体材料,它的禁带宽度为3.2ev (锐钛矿),当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而跃迁至导带,形成光生电子(e-);而价带中则相应地形成光生空穴(h+),如图1所示。tio2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获,而空穴h+则可氧化吸附于tio2表面的有机物或先把吸附在tio2表面的oh-和h2o分子氧化成·oh自由基,·oh自由基具有402.8mj/mol反应能,可破坏有机物中c-c、c-h、c-n、c-o、nh键,因而具有高效分解有机物的能力,有杀菌、除臭、光催化降解有机污染物的功能。
二、纳米tio2光触媒的特点
纳米tio2具有较高的光催化反应活性,吸附能力也较强,可与污染物更充分地接触,将它们极大限度地吸附在粒子表面。主要特点有:(1)作用广谱,在光触媒反应过程中,不仅能破坏生物因子,也能破坏各种有机化学物质;(2)在光触媒反应过程中,二氧化钛不参与反应,只起催化媒介作用,其本身并不随时间延长而消耗,因此使用寿命持久;(3)经过纳米技术工艺处理的触媒,可在含有微弱紫外线的灯光、自然光、阳光等多种光源下发挥作用;(4)完全无害,由于纳米二氧化钛本身不释放出有害物质且本身不参与反应,在反应过程中将所作用的物质完全氧化成无害的二氧化碳和水等无害物质,因此光触媒作用对环境完全无害。
三、纳米tio2光触媒在建材领域中的应用
(一)光触媒涂料
1.抗菌涂料
近年来,随着人们环保意识的加强,绿色涂料已成为涂料行业发展的主流,水性涂料作为其主要品种也得到了长足的发展。但其防霉、防菌问题较为突出,如在贮存过程中生霉、长菌使得涂料的品质降低,在施涂后膜层生霉、长菌则使得涂层老化、外观污损,甚至开裂、剥落,使涂料丧失原有的保护和装饰功能。
纳米tio2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能,它作为一种新型助剂应用于杀菌涂料中,赋予了制品持久、长效的抗菌、杀菌能力,是受到人们关注的新型矿物功能材料[1]。纳米tio2涂料与传统的钛白粉相比,克服了产品在抗菌性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺陷,具有重要的使用价值。徐瑞芬等[2]将实验室自制的抗菌纳米tio2添加于苯-丙乳液中,经表面处理的抗菌纳米tio2在乳液中能够均匀分散,可充分发挥纳米tio2的杀菌作用。
纳米tio2不仅具有分解病原菌的能力,还能有效分解细菌释放出的毒素。东京大学的藤岛昭授等[3]在玻璃上涂一薄层tio2,光照射3h达到了杀死大肠杆菌的效果,毒素的含量控制在5%以下。此外,纳米tio2本身无毒、无味、对人体安全无害,可将纳米tio2抗菌涂料涂敷于医院病房、手术室等场所的墙壁上,能很快消灭细菌,起到杀菌消毒的效果。
2.净化空气涂料
城市大气中氮氧化物(nox)及硫氧化物(sox)的污染,已成为环保亟待解决的问题之一。研究表明,将纳米tio2配制成光催化净化大气环保涂料,利用tio2光催化剂产生活性氧,并配合雨水的作用可将这些污染物变成hno3、h2so4而除掉。
在国外,纳米tio2光催化方面的应用得到了快速发展,日本通用汽车公司donald beek等研究纳米tio2除去汽车废气(含h2s)中硫的能力,在500℃的条件下经7h后从汽车废气中除去的总硫量比常规tio2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后,纳米tio2除出硫的速度仍相当高,也就是说用纳米tio2作为涂料助剂不仅有良好净化空气的效果,且使用周期长,利用价值高。
国内,利用纳米tio2制得的净化空气涂料也相应而生,邱星林等人[4]发现,采用有机硅树脂与纳米tio2复合而成的光催化涂料在太阳光照射条件下,可有效的降解大气中的nox,反应如下:
tio2 + hv(e>ebg) e- + h+ ;
o2 + e- o2- (活性氧);
no2 + oh hno3 ;
no + ho2 hno3
杨阳等[5]利用纳米二氧化钛配制水性涂料,并进行紫外光催化降解空气中的甲醛试验。试验结果表明:这种低成本的纳米二氧化钛复合涂料可以有效地分解甲醛。林劲冬等[6]用fe3+的丙酮溶液对商品锐钛型二氧化钛进行浸渍改性,制得fe-tio2光催化剂,将其加入硅酸钾无机涂料体系中,得到一种光催化功能性建筑涂料。发现该功能涂料具有良好的可见光活性,能够有效而持久地在普通日光灯环境下降解甲醛。
(二)自清洁玻璃
