pH值对溶胶-凝胶法制备纳米TiO2的影响

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1、万方数据第7卷第3期2007年6月过程工程学报TheChineseJo啪alofProcessEngineering、厂01．7NO．3Jlme2007pH值对溶胶一凝胶法制备纳米Ti0。的影响周利民1’2，王一平1，黄群武2(1．东华理工大学应用化学系，核资源与环境教育部重点实验室，江西抚州344000；2．天津大学化工学院，天津300072)摘要：利用溶胶一凝胶法制备了纳米Ti02颗粒，采用透射电镜(TEM)和x射线衍射(xRD)对产物进行了表征，考察了Ti4+_三乙醇胺(Ti—TEOA)络合体系组成随陈化时间的变化及pH对

2、Ti02粒径、结晶习性、产率及Ti—TEOA稳定性的影响．结果表明，产物为锐钛型Ti02，140℃陈化时，Ti(0H)4凝胶在10h后全部转化为Ti02颗粒，平均粒径5—22m；随pH升高，粒径增大，但Ti02产率在pH>10．6时显著下降，至pHl2时无Ti02颗粒生成；不同pH时Ti02结晶习性变化明显．25℃下pH>6时Ti—TEOA络合体系稳定．关键词：溶胶一凝胶法；纳米Ti02；pH；结晶习性中图分类号：0646．8文献标识码：A文章编号：1009-606x(2007)03—0556-051前言TiO：具有优良的光催化

3、性能、光电特性和化学稳定性，广泛用于陶瓷釉面、颜料、塑料和造纸填料、化妆品、发光材料、光学玻璃及催化降解水体中有机污染物掣1，2】．其制备方法主要有气相沉积法、液相沉积法及溶胶一凝胶法[2】．工业上Ti02的生产主要采用硫酸法和氯化法．硫酸法是铁矿经硫酸酸化后再水解、锻烧得锐钛型或金红石型Ti02[3】．氯化法则采用品位相对较高的原矿，经氯化、高温气化和氧化后得金红石型Ti0：．溶胶一凝胶法制备纳米颗粒的前驱体主要为氢氧化物、金属盐、醇盐及金属络合物，产物为金属氧化物、硫化物及金属单质[4】．Huallg等【5】以磷酸为催化剂，

4、制得高比表面积(294m2／g)和高孔容(0．545cm3儋)的锐钛型Ti02．Golubko等[6]采用溶胶一凝胶法，通过醇盐水解制备出粒径25—55m的锐钛型和金红石型Ti02．Cot等[7】发现HN03浓度为0．25mol／L时，Ti(0H)4在60℃下陈化24h，可得到纯锐钛型Ti02，HN03浓度进一步增加，则锐钛型Ti02逐渐转化为金红石型．有关纳米Ti02制备及应用的研究虽较多‘5_111，但对于pH这一关键因素及如何控制Ti02粒径和形貌的研究尚未深入．本研究较全面地考察了pH对纳米Ti02粒径、结晶习性、产率及

5、Ti—TEOA体系稳定性的影响，以便控制Ti02粒径和结晶习性．2实验2．1纳米TiOt的制备纳米Ti02的制各过程如图1所示．将钛酸异丙酯{TIPO，Ti[OCH(CH3)2]4)与三乙醇胺【TEOA，N(CH2CH20H)3]按I：2(摩尔比)在25℃混合，形成稳定的Ti4+一TEOA络合体系，再加入2倍体积的去离子水，制成0．5mol／L的Ti4+贮备液．取10r11L该溶液与同体积去离子水混合，加0．1m01／LHCl04溶液或0．1mo儿NaOH调节至不同pH．将Ti针溶液于100℃下陈化24h(第一段陈化)，形成Ti

6、(OH)4凝胶，再转入50mL反应釜中，密闭后于140℃继续陈化72h(第二段陈化)，冷却后得产物锐钛型纳米Ti02．TEOA，N(CH2CH20H)3O．1mol『LHCl04orO．1moI『LNaOH抄任酬州PO悼J／TIOP，11l【OCH(CH3)2】4———{}N(C2H40)3■一OH4C2一N—C2H40—11(OH4C2)3N———》11(OH)4gel———≥r1102nanopartjcIesd。H。oH踹器盥．)嚣瓮魁智胃图1纳米Ti02的制备F培1Pr印arationofTi02nan叩articles

7、2．2体系组成分析取样品高速离心分离，取5mL上层清液l(总体积H，Ti4+浓度C1)；固相用甲醇洗涤后过滤，加入40mL2mol／L的HN03，搅拌溶解3h，以溶解固相中Ti(OH)4，再离心分离，取5mL上层清液2(总体积圪，Ti4+浓度C2)，剩余固相为Ti02(本实验粒径范围内Ti02不溶于2收稿日期：2006一07-24，修回日期：2006一lO一08基金项目：江西省教育厅科技基金资助项目(编号：050002)：东华理工大学核资源与环境工程技术中心开放测试基金资助项目(编号：051107)作者简介：周利民(1970-)

8、，男，湖南省邵阳市人，博士，副教授，从事纳米材料研究，Tel：0794．8808495，E—mail：IIlingl吐@sohu．com．万方数据第3期周利民等：pH值对溶胶一凝胶法制备纳米Ti02的影响557mo儿HN03)．用ICP测定清液1和2中Ti4+浓