《《高等無機(jī)化學(xué)》課程論文文獻(xiàn)綜述 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《高等無機(jī)化學(xué)》課程論文文獻(xiàn)綜述 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《高等無機(jī)化學(xué)》課程論文文獻(xiàn)綜述 綜述題目 納米二氧化鈦的制備及應(yīng)用 作者所在系別 化學(xué)系 作者所在專業(yè) 分析化學(xué) 作 者 姓 名 王慧 作 者 學(xué) 號(hào) 12S007032 導(dǎo) 師 姓 名 王進(jìn)福 導(dǎo) 師 職 稱 高級(jí)工程師 完 成 時(shí) 間 2013 年 04 月 14 哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)教研室制 綜述題目：納米二氧化鈦的制備及應(yīng)用 姓名：王慧 學(xué)號(hào)：12S007032 納米二氧化鈦的制備及應(yīng)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(yīng)用前景，納米二氧化鈦的應(yīng)用研究因此成為研究的熱點(diǎn)之一。本文主要對(duì)TiO2 制備，性質(zhì)及應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述，指出了當(dāng)前在研究方面存在的不足，展望了今后的主要研究方向。 關(guān)鍵字 ： 二氧化鈦； 性質(zhì)； 應(yīng)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(shè)復(fù)雜、 能耗大、成本高等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了氣相法的應(yīng)用和發(fā)展。而液相法具有合成溫度低、 設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn),是目前實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jié)晶、升華、水解等過程,將金屬離子均勻沉積或結(jié)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(jī)或無機(jī)鹽為原料,在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行水解、 縮聚反應(yīng),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(yīng)易控制,副反應(yīng)少, 工藝操作簡(jiǎn)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(duì)溶膠—凝膠法的改進(jìn)。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(luò)結(jié)構(gòu)，從而獲得多孔納米TiO2。董國(guó)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(xì)粉。 1.3沉淀法[3] 1.3.1直接沉淀法 該法操作簡(jiǎn)單易行,產(chǎn)品成本較低,對(duì)設(shè)備、 技術(shù)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(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)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(yīng), 而是通過化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)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(xué)穩(wěn)定性好、催化活性高、價(jià)廉易得、 無毒等優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì), 在能源和環(huán)境方面有著廣闊的應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(hù)和新能

6、源領(lǐng)域的應(yīng)用而備受關(guān)注. 二氧化鈦材料性能受多種因素共同影響、十分復(fù)雜, 最近國(guó)內(nèi)外有多篇綜述報(bào)導(dǎo)了最新研究進(jìn)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(yīng)用, Hagfeldt 等[6]最近綜述了染料敏化太陽能電池方面的最新進(jìn)展. 本文則側(cè)重介紹二氧化鈦光催化及污水處理方面的應(yīng)用。 3.納米二氧化鈦應(yīng)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(jìn)程的加快和發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)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(dǎo)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(jī)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(jī)污染物是近年來日益受到重視的一項(xiàng)新技術(shù)。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(dǎo)體材料，如TiO2、ZnO、Fe2O3等，其中TiO2因廉價(jià)、無毒、穩(wěn)定、優(yōu)異的光學(xué)性能、催化性能和光電轉(zhuǎn)換性能等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞[10]。TiO2 在降解環(huán)境污染物方面應(yīng)二氧化鈦半導(dǎo)體粒子具有能帶結(jié)構(gòu)，一般由填滿電子的低能價(jià)帶和空的高能導(dǎo)帶構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶。當(dāng)用能量等于或大于禁帶寬度的光照射半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶上的電子（e-）被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h+），并在電場(chǎng)作用下分離

8、并遷移到粒子表面。光生空穴有很強(qiáng)的得電子能力，具有強(qiáng)氧化性，可奪取半導(dǎo)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(yīng)機(jī)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(yīng)的一種主要活性物質(zhì)，對(duì)光催化反應(yīng)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(jià)帶經(jīng)空穴直接氧化；或同時(shí)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(yīng)用 納米二氧化鈦光催化反應(yīng)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用日益受到人們的重視，這項(xiàng)新的污染治理技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、可減少二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)，能有效地將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無機(jī)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(jī)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(duì)于含苯環(huán)、胺基、偶氮基團(tuán)等致癌物質(zhì)的染料廢水，常用的生物化學(xué)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(dá)95%左右。（2）農(nóng)藥廢水：國(guó)內(nèi)專家陳士夫等[2]對(duì)于有機(jī)磷農(nóng)藥廢水TiO2光催化降解的研究指出,該法能將有機(jī)磷完全降解為PO43-，除去率達(dá)70%－90%，并利用太陽光作了室外實(shí)驗(yàn)。 4.展望 納米TiO2具有優(yōu)異的催化性能, 光學(xué)、 熱學(xué)和電學(xué)性能等。 因此,納米TiO2 的制備、 應(yīng)用研究已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題之一。發(fā)達(dá)國(guó)家如美、日、 歐等國(guó)對(duì)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(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃, 國(guó)際上在此領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)日趨激

11、烈。目前, 我國(guó)納米TiO2 的研究和制備應(yīng)用都有了較大進(jìn)展。 納米 TiO2是當(dāng)今世界發(fā)展較快的無機(jī)化工產(chǎn)品,與國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(chǎng)的緊俏產(chǎn)品,尤其是高品位的鈦白粉,更是緊俏,國(guó)際市場(chǎng)也供不應(yīng)求。 由于納米TiO2具有多種獨(dú)特優(yōu)異性能, 納米TiO2 將會(huì)具有更廣闊的應(yīng)用前景,也將會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。 參考文獻(xiàn) [1]張敬暢，曹維良，于定新，石錦華，竇正倉(cāng)，超臨界流體干燥法制備納米級(jí)二氧化鈦的研

12、究[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，1999,14（1）：29—35. [2] 董國(guó)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(xué)報(bào)，2000,36（3）：295—299. [3] 楊曉芬. 納米二氧化鈦及其應(yīng)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(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào), 20

14、04, 26(5): 3-5. [8] 祖庸,雷閆盈,李曉娥,王訓(xùn),吳金龍.納米二氧化鈦——一種新型的無機(jī)抗菌劑[J].現(xiàn)代化工,1999,19(8):46-48. [9] 孫淑清.光催化反應(yīng)在環(huán)境保護(hù)上的應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保,2002,22(4):203-208. 任課教師評(píng)語 任課教師： 年 月 日 7