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超细二氧化钛的制备与应用

董鲁艳  
【摘要】: 纳米材料被誉为二十一世纪的新材料,其概念在二十世纪中叶被科学界提出后得到了人们广泛的重视和深入发展。二十世纪80年代中期以来,随着微电子器件的迅猛发展,材料科学研究总的趋势是向精细、轻、薄、短小、微型多功能方向发展。而纳米材料所表现出的特异化学、机械、电子、磁学及光学性能正好可满足这一趋势,从而引起了众多学科领域的专家和学者的重视。同时也促使人们把研究工作的思路向超细颗粒研究方向调整。以传统的硫酸法和氯化法工艺都难以生产出纳米尺寸的二氧化钛。国内对纳米级二氧化钛的制备尚处在实验室研究阶段,大都采用价格较高的钛醇盐或具有“发烟”特性的四氯化钛作为原料,使生产成本提高,生产效益降低。更重要的是没有很好地利用我国丰富的钛资源和已有的工业生产基础。 本论文主要是研究并优化能适合于工业生产的制备超细二氧化钛即纳米二氧化钛的方法,并对超细二氧化钛的用途进行研究。本论文共分以下四个部分。第一部分,主要介绍了超细二氧化钛的性质和用途,并概括了国内外对超细二氧化钛的研究现状,最后论述了本论文的目的和意义。第二部分,经过大量实验条件探讨,成功的利用硫酸氧钛的水解制备了粒度分布窄的纳米二氧化钛粒子。结果表明,钛液水解时总离子浓度为110g/l,熟化时间为20分钟,最后热处理温度为500℃,恒温时间为2小时,生产出粒径在2—60nm之间的锐钛型二氧化钛,产品质量符合企业标准。第三部分,主要介绍金红石型超细二氧化钛的制备,为了使晶型在较低的温度下转化,经过正交试验总结出添加有机和无机晶型促进剂分别为草酸和硫酸锌,加入量分别为二氧化钛的6%和1%,转化温度为650℃恒温3小时,最后得到粒径为30~60nm的超细金红石型二氧化钛。第四部分,主要介绍超细二氧化钛的应用。纳米TiO_2微粒具有大的比表面积,其表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,由于其尺寸的细微化,表现出来的小尺寸效应,表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特性导致纳米TiO_2微粒的热、光、敏感特性和表面稳定性等方面不同于常规粒子,这就使得它在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生等领域有着广阔的应用前景。这里介绍了纳米二氧化钛在涂料和光催化方面的应用,并通过与普通二氧化钛的对比,证明了纳米二氧化钛的特殊用途。


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