根据原料的不同,TiO2纳米粉体有哪些制备方法?     制备TiO2纳米粉体的

菲菲的信笺 2024-01-22 21:34:47

根据原料的不同,TiO2纳米粉体有哪些制备方法?     制备TiO2纳米粉体的方法很多,按照原料的不同大致可分为两类:气相法和液相法。   气相法包括化学气相沉积法(CVD),激光CVD法,等离子CVD法。   化学气相沉积法所用的母体有无机钛盐(如TiCl4等)和钛醇盐两类,制备方法主要有:钛盐或钛醇盐气相水解法,TiCl4和O2直接反应,钛醇盐加热裂解等。   气相法的特点是粉体纯度高,颗粒尺寸小,颗粒团聚少,化学活性高,但产率低,成本高。   因而目前制备TiO2纳米粒子多采用液相法。   以下就液相法制备TiO2纳米粒子进行综述。   溶胶-凝胶法是近年来广泛采用的制备TiO2纳米粒子的方法。   这种方法是将钛醇盐或钛盐直接水解形成溶胶或经解凝胶形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥,焙烧,最后得TiO2纳米粉体。   该法制得的TiO2纯度高,颗粒细,烘干后颗粒自身的烧结温度低,但凝胶颗粒之间烧结性差,块状材料烧结性不好,干燥时收缩大。   通常溶胶-凝胶过程根据原料的种类可分为有机途径和无机途径两类。   在有机途径中,通常以钛醇盐(如四异丙醇钛酸酯,四丁钛酸酯)为原料,以醇(如乙醇、正丙醇)为溶剂,硝酸、醋酸等无机酸为催化剂。   乙酰丙酮、甲基纤维素等有机物的加入可使溶胶分散更均匀。   在无机途径中原料为无机盐,溶胶可以通过无机盐的水解来制得,即Ti4++4H2O→Ti(OH)4+4H+通过向溶液中加入碱液使得这一水解反应不断向正方向进行,形成Ti(OH)4沉淀,然后将沉淀物充分水洗,过滤并分散于强酸溶液中便得到稳定的溶胶。   溶胶向凝胶的转化有两个途径:一是化学法,通过控制溶胶中电解质浓度;二是物理法,迫使胶粒相互靠近,克服斥力,实现胶凝化。   包含一种或多种离子的可溶性盐溶液,当加入适当的沉淀剂(如OH-,C2O42-,CO32-等),或在一定温度下使溶液发生水解,形成不溶性的氢氧化物,水合氧化物或盐类从溶液中析出,再将沉淀中含有的杂质离子洗去,经热处理或脱水即得到所需的氧化物粉体。   ⑴直接水解法[52-53]直接水解法又可分为无机和有机两种反应途径。   无机方法一般是以无机钛盐作为前驱物在强烈搅拌下缓慢滴入到蒸馏水或碱液中,生成均匀沉淀。   该法所用试剂为TiCl4,Ti(SO4)2,TiOSO4等无机物,成本低廉,是一种较经济的方法。   有机方法以钛醇盐作为前驱体,利用其能溶于有机溶剂并能发生水解生成氢氧化物或氧化物沉淀的特性来制备TiO2粒子。   制得的TiO2粉体纯度高,但成本相对较高。   ⑵均匀沉淀法此法是向金属盐溶液中加入某种沉淀剂,控制颗粒生成速度,从而达到控制颗粒尺寸的目的。   赵旭[54]和黄晕以尿素为沉淀剂制得了TiO2纳米粉体。   ⑶共沉淀法化学共沉淀法所用的反应物为TiCl4,Ti(SO4)2,TiOSO4。   汪国忠等人以TiCl4为原料制备了不同粒度的锐钛矿相纳米粉末。   此法在各种掺杂和复合TiO2纳米粒子的制备中应用较多。   水热反应是高温高压下在水溶液或水蒸汽等流体中进行的一系列化学反应的总称。   水热反应法制备纳米TiO2粉体,第一步是制备钛的氢氧化物凝胶。   反应体系有四氯化钛+氨水和钛醇盐+水。   第二步将凝胶转入高压釜内,升温(温度低于250℃),使难溶或不溶的物质溶解并且重结晶,生成纳米TiO2粉体。   水热法能制得结晶良好的粉体,不需高温处理,避免了硬团聚。   但是对设备要求高,操作复杂,能耗较大,成本高。   微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的方法。   微乳液是由表面活性剂,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)组成的透明的各向同性的热力学稳定体系。   微乳液法具有不需加热,设备简单,粒子可控等优点。   但是,由于使用了大量的表面活性剂,很难从获得的最后粒子表面除去这些有机物。   除了上述合成方法外,制备TiO2纳米粒子的方法还有H2O2氧化法、微波热液合成法和超声辐射法。

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