[發明專利]銳鈦礦型納米二氧化鈦的制備方法

無效

• 申請號: 200910060703.2
• 申請日: 2009-02-09
• 公開（公告）號: CN101508464A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 史曉亮;王盛;楊行勇;王書偉;章橋新
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種銳鈦礦型納米二氧化鈦的制備方法。

背景技術

隨著經濟的發展，環境污染越來越嚴重，特別是水資源污染已嚴重威脅著人類的健康，同時也限制著經濟的發展。對污水的處理方法有很多種，常見的有：過濾法、沉淀法、氣浮法、化學混凝法、物理和化學吸附法等，但是這些技術不同程度地存在著或效率低，不能徹底除去污染物，易產生二次污染；或使用范圍窄，僅適合特定的污染物；或能耗高，不適合大規模推廣等方面的缺陷。

1972年Fujishima等發現在TiO₂單晶電極上水的光解反應，TiO₂因其穩定的結構、優異的光學性能及無毒等特點而受到廣泛的關注。光催化反應是光化學反應與傳統催化反應的融合，可充分發揮二者所長使熱力學上難以完成的過程得到實現。

TiO₂有三種晶型：銳鈦礦、金紅石和板鈦礦。單純的板鈦礦基本沒有催化活性，有催化活性的主要是銳鈦礦型和金紅石型。銳鈦礦和板鈦礦相是低溫相，而金紅石相是高溫相，銳鈦礦型在700-800℃左右會轉化為金紅石型。銳鈦礦型的催化活性比金紅石要好，其原因有：①銳鈦礦比金紅石具有更高的禁帶寬度，這就使光激發所產生的電子-空穴對具有更正或更負的電位，因而具有更高的氧化還原能力；②銳鈦礦表面具有較強的吸附O₂和·OH等的能力；③在結晶過程中，銳鈦礦通常在更低的溫度下成相，因而具有較小的顆粒尺寸及較大的比表面積，有利于光催化反應。

納米二氧化鈦的制備方法很多，包括溶膠-凝膠法、水熱法、微乳液法、化學沉淀法、固相法、等離子體化學反應法、鈦醇鹽氣相水解法、化學氣相沉積法等。其中溶膠-凝膠法具有反應溫度低、化學均勻性好、純度高、易操作、設備簡單、工藝可控和過程重復性好等優點，且粉體粒度細且單分散性好，但需要的時間周期長，而且由于需要高溫鍛燒，導致粉體顆粒尺寸分布寬、易團聚和比表面積低等，從而導致其光催化活性低；微乳液法雖然具有不需加熱、設備簡單、操作容易、粒子可控等優點，但由于使用了大量的表面活性劑，很難從最后的產物表面中除去這些有機物；化學沉淀法的優點是工藝簡單、經濟、可覆膜于大面積或表面復雜的基材上，且可得到規則的晶型。但是制備過程中易引人雜質；固相法包括熱分解法、固相反應法、火花放電法、高能球磨法等。固相法雖然經濟，工藝過程和設備簡單，但是其耗能大，產物不夠純，且粒度分布和粒子外貌不能令人滿意，所以主要用于對粉體的純度和粒度要求不高的情況；等離子體化學反應法可得到多種活性組分，有利于各類化學反應充分進行、產生等離子時沒引入雜質，因此制得的納米粒子純度較高。但對設備的材質和結構要求較高，一次性投資及技術難度大。鈦醇鹽氣相水解法操作溫度低、能耗小、對設備材質要求不高，并可進行可持續生產，不足之處在于原料較貴。

水熱法制得結晶良好的二氧化鈦粉體，不需高溫灼燒處理，避免了粉體的硬團聚，而且通過改變工藝條件可實現粉體粒徑、晶型等特性的控制。同時因經過重結晶，所制得的粉體純度高。為了更好發揮二氧化鈦光催化性能，制備的二氧化鈦粉末必須具有高活性、高比表面積、合理的相組成。控制納米二氧化鈦的粒度和相，將會更好地對利用其性能優勢。