《《高等無機化學》課程論文文獻綜述 - 哈爾濱工業(yè)大學》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《高等無機化學》課程論文文獻綜述 - 哈爾濱工業(yè)大學（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《高等無機化學》課程論文文獻綜述 綜述題目 納米二氧化鈦的制備及應用 作者所在系別 化學系 作者所在專業(yè) 分析化學 作 者 姓 名 王慧 作 者 學 號 12S007032 導 師 姓 名 王進福 導 師 職 稱 高級工程師 完 成 時 間 2013 年 04 月 14 哈爾濱工業(yè)大學材料化學教研室制 綜述題目：納米二氧化鈦的制備及應用 姓名：王慧 學號：12S007032 納米二氧化鈦的制備及應用 摘 要 ：納米二氧化鈦具有許多

2、優(yōu)異的性質(zhì)，顯示出日益廣闊的應用前景，納米二氧化鈦的應用研究因此成為研究的熱點之一。本文主要對TiO2 制備，性質(zhì)及應用研究進行了綜述，指出了當前在研究方面存在的不足，展望了今后的主要研究方向。 關鍵字 ： 二氧化鈦； 性質(zhì)； 應用 1. 納米T iO2 的制備 目前, 制備納米T iO2 的方法很多, 主要有氣相法,液相法和固相熱解法。盡管氣相法制備的納米TiO2 粉體純度高、粒度小、單分散性好, 但其制備設復雜、 能耗大、成本高等缺點嚴重制約了氣相法的應用和發(fā)展。而液相法具有合成溫度低、 設備簡單、易操作、成本低等優(yōu)點,是目前實驗室和工業(yè)上廣泛采用的制備納米粉體的方法。液相法是

3、選擇可溶于水或有機溶劑的金屬鹽類,使其溶解,并以離子或分子狀態(tài)混合均勻,再選擇一種合適的沉淀劑或采用蒸發(fā)、 結晶、升華、水解等過程,將金屬離子均勻沉積或結晶出來, 再經(jīng)脫水或熱分解制得粉體。它有以下幾種方法。 1.1溶膠-凝膠法 溶膠—凝膠法,是以有機或無機鹽為原料,在有機介質(zhì)中進行水解、 縮聚反應,使溶液經(jīng)溶膠- 凝膠化過程得到凝膠,凝膠經(jīng)加熱(或冷凍) 干燥、 鍛燒得到產(chǎn)品。 該法得到的粉末均勻,分散性好,純度高, 煅燒溫度低,反應易控制,副反應少, 工藝操作簡單, 但原料成本較高。 1.2 超臨界流體干燥法[1]（SGFD法）。 SGFD法是近年來針對溶膠—凝膠法的改進。采

4、用 SGFD法可降低干燥過程中的表面張力，保持凝膠的網(wǎng)絡結構，從而獲得多孔納米TiO2。董國利[2]等人采用SGFD以TiCl4為前驅(qū)體，制備出大孔、高比表面積的TiO2超細粉。 1.3沉淀法[3] 1.3.1直接沉淀法 該法操作簡單易行,產(chǎn)品成本較低,對設備、 技術要求不太苛刻, 但沉淀洗滌困難,產(chǎn)品中易引入雜質(zhì), 而且粒子分布較寬。 1.3.2均勻沉淀法 均勻沉淀法是利用某一化學反應使溶液中的構晶離子由溶液中緩慢均勻地釋放出來, 在該法中, 加入沉液劑( 如尿素) , 不立刻與被沉淀物質(zhì)發(fā)生反應, 而是通過化學反應使沉淀劑在整個溶液中緩慢生成。該法得到的產(chǎn)品顆粒

5、均勻、 致密,便于過濾洗滌,是目前工業(yè)化看好的一種方法。 2.納米二氧化鈦性質(zhì) 二氧化鈦因其化學穩(wěn)定性好、催化活性高、價廉易得、 無毒等優(yōu)點和優(yōu)異的半導體性質(zhì), 在能源和環(huán)境方面有著廣闊的應用前景. 二氧化鈦的晶相主要包括銳鈦礦、板鈦礦、金紅石和二氧化鈦 B. 通常情況下, 實驗室內(nèi)比較容易制備出無定形二氧化鈦,其經(jīng)煅燒后首先轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)相銳鈦礦, 最后轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石, 而相變中并不出現(xiàn)板鈦礦或二氧化鈦 B. 近年來, 通過控制制備條件, 已能較容易地獲得銳鈦礦、板鈦礦、金紅石、二氧化鈦 B 等晶相. 納米二氧化鈦因其比表面積大、表面活性中心多、性能優(yōu)異, 使其在環(huán)境保護和新能

6、源領域的應用而備受關注. 二氧化鈦材料性能受多種因素共同影響、十分復雜, 最近國內(nèi)外有多篇綜述報導了最新研究進展: 如 Kitano 等[4]綜述了二氧化鈦基可見光光催化材料, Chen等[5]綜述了二氧化鈦納米材料制備與應用, Hagfeldt 等[6]最近綜述了染料敏化太陽能電池方面的最新進展. 本文則側重介紹二氧化鈦光催化及污水處理方面的應用。 3.納米二氧化鈦應用 3.1納米二氧化鈦光催化作用及原理[7] 隨著全球城市化、工業(yè)化進程的加快和發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重，特別是各種工業(yè)和生活廢水、廢渣、廢氣的無理排放，直接導致人們生活環(huán)境質(zhì)量惡化，并引發(fā)一系列不良環(huán)境惡化

7、后果[8]。其中有機溶劑的大量揮發(fā)和排放是造成大氣污染和水污染的重要因素[9]。 利用光催化降解手段消除有機污染物是近年來日益受到重視的一項新技術。目前用于光催化降解環(huán)境污染物的催化劑多為N型納米半導體材料，如TiO2、ZnO、Fe2O3等，其中TiO2因廉價、無毒、穩(wěn)定、優(yōu)異的光學性能、催化性能和光電轉(zhuǎn)換性能等優(yōu)點倍受青睞[10]。TiO2 在降解環(huán)境污染物方面應二氧化鈦半導體粒子具有能帶結構，一般由填滿電子的低能價帶和空的高能導帶構成，價帶和導帶之間存在禁帶。當用能量等于或大于禁帶寬度的光照射半導體時，價帶上的電子（e-）被激發(fā)躍遷至導帶，在價帶上產(chǎn)生相應的空穴（h+），并在電場作用下分離

8、并遷移到粒子表面。光生空穴有很強的得電子能力，具有強氧化性，可奪取半導體顆粒表面被吸附物質(zhì)或溶劑中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被活化氧化，電子受體通過接受表面的電子而被還原。二氧化鈦光催化反應機理如下： （1）TiO2＋H2O →e-＋h+ （2）h+＋H2O →·OH＋H+ （3）h+＋OH-→·OH （4）O2＋e- →·O2- （5）·O2-＋H+ →HO2. （6）2HO2·→O2＋H2O2 （7） H2O2＋O2- →·OH＋OH-＋O2 羥基自由基是光催化反應的一種主要活性物質(zhì)，對光催化反應起決定作用，吸附于催化劑表面的氧及水合懸浮液中的OH-、 HO2

9、等均可產(chǎn)生該物質(zhì)。氧化作用既可以通過表面鍵合羥基的間接氧化[12]，即粒子表面捕獲的空穴氧化；又可以在粒子內(nèi)部或顆粒表面價帶經(jīng)空穴直接氧化；或同時起作用，視具體情況而定。 3.2 納米二氧化鈦光催化在廢水處理中的應用 納米二氧化鈦光催化反應在環(huán)境保護中的應用日益受到人們的重視，這項新的污染治理技術具有能耗低、操作簡便、反應條件溫和、可減少二次污染等突出優(yōu)點，能有效地將有機污染物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機小分子，達到完全無機化的目的。許多難降解或用其它方法難以去除的物質(zhì)，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機磷化合物、多環(huán)芳烴等也可利用此法有效去除。 （1

10、）染料廢水：對于含苯環(huán)、胺基、偶氮基團等致癌物質(zhì)的染料廢水，常用的生物化學法降解往往是低效率的，而利用納米二氧化鈦光催化降解染料去除率可達95%左右。（2）農(nóng)藥廢水：國內(nèi)專家陳士夫等[2]對于有機磷農(nóng)藥廢水TiO2光催化降解的研究指出,該法能將有機磷完全降解為PO43-，除去率達70%－90%，并利用太陽光作了室外實驗。 4.展望 納米TiO2具有優(yōu)異的催化性能, 光學、 熱學和電學性能等。 因此,納米TiO2 的制備、 應用研究已成為材料科學領域的重要研究課題之一。發(fā)達國家如美、日、 歐等國對此研究工作十分活躍, 相繼投入了大量人力、物力,并制訂了長遠規(guī)劃, 國際上在此領域競爭日趨激

11、烈。目前, 我國納米TiO2 的研究和制備應用都有了較大進展。 納米 TiO2是當今世界發(fā)展較快的無機化工產(chǎn)品,與國民經(jīng)濟有著密切的聯(lián)系。納米TiO2 的銷售渠道包括建材、 塑料、橡膠、造紙、抗菌劑、醫(yī)療環(huán)境、 三廢處理等。 納米TiO2是化工市場的緊俏產(chǎn)品,尤其是高品位的鈦白粉,更是緊俏,國際市場也供不應求。 由于納米TiO2具有多種獨特優(yōu)異性能, 納米TiO2 將會具有更廣闊的應用前景,也將會帶來更大的經(jīng)濟效應、環(huán)境效應和社會效應。 參考文獻 [1]張敬暢，曹維良，于定新，石錦華，竇正倉，超臨界流體干燥法制備納米級二氧化鈦的研

12、究[J].無機材料學報，1999,14（1）：29—35. [2] 董國利 ，施利毅，李春忠等高溫氣相合成金紅石型納米TiO2顆粒的研究[J].金屬學報，2000,36（3）：295—299. [3] 楊曉芬. 納米二氧化鈦及其應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2011, 14: 25-26. [4] Kitano M, Matsuok M, Ueshima M, et al. Recent developments in titanium oxide-based photocatalysts. Appl. Catal. A, 2007, 325(1): 1?14.

13、[5] Chen X B, Mao S S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications. Chem. Rev., 2007, 107(7): 2891?2959. [6] Hagfeldt A, Boschloo G, Sun L C, et al. Dye-sensitized solar cells. Chem. Rev., 2010, 110(11): 6595?6663. [7] 劉立華. 納米二氧化鈦應用研究進展[J]. 唐山師范學院學報, 20

14、04, 26(5): 3-5. [8] 祖庸,雷閆盈,李曉娥,王訓,吳金龍.納米二氧化鈦——一種新型的無機抗菌劑[J].現(xiàn)代化工,1999,19(8):46-48. [9] 孫淑清.光催化反應在環(huán)境保護上的應用[J].環(huán)境與開發(fā),1999,14(3):15-18. [10] 牛新書,許亞杰.二氧化鈦納米材料的合成及其在環(huán)保領域的應用研究進展[J].化工環(huán)保,2002,22(4):203-208. 任課教師評語 任課教師： 年 月 日 7