纳米二氧化钛的化学沉淀法制备

纳米材料是20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的一类新型材料。纳米二氧化钛是其中最重要的一类无机功能材料之一。它除了具有一般纳米粒子所特有的特性外，还具有高光催化效应、强紫外线屏蔽能力以及能产生奇特颜色效应等许多特殊性能，广泛应用在生产和生活的各个方面。其制备及应用研究受到世界各国的高度重视。 从我国发展纳米TiO2粉体产业的现状出发，针对纳米TiO2制备中现存的问题，我们在综合分析对比了现有各种方法优缺点的基础上，采用中和沉淀法，以自制的TiOSO4为原料，碳酸钠作沉淀剂沉淀出Ti（OH）4沉淀，经热处理得到锐钛型纳米TiO2粉体。由于用与之相同的方法制备金红石型纳米TiO2粉体存在焙烧温度高、易烧结、团聚现象严重等缺点，难以达到纳米级。因此我们结合共沉淀法，引入碳酸锌作包覆剂控制品粒长大，利用钛酸锌作品型促进剂，在相对较低的焙烧温度和较短的保温时间内制得到了金红石型纳米TiO2粉体。该法设备简单，操作易控制，可重复性强，并解决了Ti（OH）4过滤、洗涤困难，有效控制粒子的长大和团聚。 以浓硫酸和二氧化钛为原料，通过长时间加热反应制得了TiOSO4溶液，在此基础上讨论了反应时间和反应温度等对TiOSO4产率的影响。 在制备TiO2粉体实验中，根据成核生长的热力学和动力学原理，深入分析了沉淀反应时环境的温度、pH值、反应物配比、操作方式、加料速度等因素对Ti（OH）4粒度的影响，以及焙烧温度和保温时间等因素对制得的纳米TiO2粉体性能的影响，得出了制备锐钛型纳米TiO2粉体的优化工艺条件。 在锐钛型纳米TiO2粉体的制备基础之上，进一步研究了金红石型纳米TiO2粉体的制备工艺，探讨了包覆剂用量、预焙解温度、晶型促进剂量及焙烧温度和保温时间等因素对znCO3/Ti（OH）4沉淀包覆体性能、金红石型纳米TiO2粉体产品的粒度和性能的影响。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子吸收等检测分析研究，改进制备工艺条件，合成了粒度较均匀、分散性较好的球形或椭球形金红石型纳米级TiO2粉体。论文同时还探讨了制备过程中ZnTiO3对金红石型纳米TiO2粉体起晶型转变促进剂作用的机理。 研究结果表明，化学沉淀法是一种制备纳米TiO2的简便易行的工艺，这对于实现纳米TiO2粉体的工业化生产具有重要意义。