侯帥帥 楊景紅

(淮南前景新材料有限公司,安徽 淮南 232008)

納米二氧化鈦作為一種新型的無機精細(xì)化工產(chǎn)品，具有比表面積大、表面活性高、光吸收性能好且吸收紫外線能力強等獨特的性能，廣泛用于陶瓷、塑料、橡膠、纖維、高檔涂料、傳感器材料、化妝品添加劑和環(huán)境工程等領(lǐng)域[1]。在生產(chǎn)生活中扮演了越來越多的角色。其中銳鈦型納米二氧化鈦以其優(yōu)異的光催化性能，在廢水處理、空氣凈化、抗菌等領(lǐng)域得到了良好應(yīng)用[2]。實驗室合成納米二氧化鈦的方法很多，歸納起來主要有：機械粉碎法、液相法(包括膠溶法、溶膠-凝膠法、醇鹽水解法、沉淀法等)、氣相法(包括氣相氧化法、氣相合成法、氣相熱解法、氣相氫火焰水解法等)等方法[3-6]。上述一系列制備方法中，有些設(shè)備比較昂貴，有些生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，還有些原料本身比較貴，生產(chǎn)成本過高，有些不符合綠色化學(xué)的理念，不易推廣。所以尋找一個簡單高效的方案成為科研工作者追求的目標(biāo)。

本實驗采用流變相法制備納米二氧化鈦。流變相法是一種合成納米氧化物的新型方法,在流變體系中原料顆粒在溶液的界面上會表現(xiàn)出很奇特的反應(yīng)特性,原料處于一種溶解與反應(yīng)并存的狀態(tài)即流變相態(tài),不僅可以使反應(yīng)物混合均勻,且不需要大量的溶劑[7]。具有工藝簡單、能耗低、成本低、適合規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。流變相法在鋰電池的電極研發(fā)中使用非常普遍。本文以硫酸氧鈦和苯甲酸為原料，采用流變相法制得銳鈦礦納米二氧化鈦，得到了令人比較滿意的結(jié)果。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

以硫酸氧鈦與苯甲酸為原料，制備納米二氧化鈦時先后發(fā)生如下反應(yīng)：流變相狀態(tài)下的硫酸氧鈦與苯甲酸在水熱條件下發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的前驅(qū)體苯甲酸鈦，然后將前驅(qū)體苯甲酸鈦放在馬弗爐中，設(shè)置溫度800 ℃煅燒2 h得到產(chǎn)物白色粉末狀納米二氧化鈦。

1.2 實驗藥品與儀器

硫酸氧鈦(分析純)，成都西亞化工股份有限公司；苯甲酸(分析純)，成都西亞化工股份有限公司；無水乙醇(分析純)，成都西亞化工股份有限公司；丙酮(分析純)，揚州市富齊化工有限公司；十二烷基苯磺酸鈉(分析純)，成都西亞化工股份有限公司；水為二次蒸餾水(自制)。

電熱鼓風(fēng)干燥箱(DHG-202型)，紹興市上虞區(qū)滬越儀器設(shè)備廠；低速離心機(LC-LX-L50C型)上海力辰邦西儀器科技有限公司;高溫箱式電阻爐(XH 1L-14型)，鄭州鑫涵儀器設(shè)備有限公司。

用傅里葉變換紅外光譜儀(NEXUS-470型，Nicolet公司)對前驅(qū)體進行定性分析；用X射線衍射儀(Rigaku D/MAX-Ultima Ⅲ，日本理學(xué))對樣品進行物相分析 ；用透射電子顯微鏡(JEM-2000型，日本JEOL公司)對樣品微觀形貌進行分析。

1.3 樣品的制備

準(zhǔn)確稱取16 g(0.1 mol)硫酸氧鈦、24.4 g(0.2 mol)苯甲酸以及0.2 g十二烷基苯磺酸鈉(用做表面活性劑)于研缽中，將反應(yīng)物均勻混合且研成粉末狀，先加5 ml無水乙醇再加5 ml蒸餾水，邊加邊攪拌直至反應(yīng)物呈流變相態(tài)，然后將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜里，把反應(yīng)釜移入110 ℃烘箱中，恒溫反應(yīng)12 h，得到淡黃色粉末狀固體。將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至離心管中用丙酮清洗3次，再用無水乙醇清洗3次，得到白色固體產(chǎn)物。將產(chǎn)物置于80 ℃烘箱中恒溫干燥4 h，即得反應(yīng)前驅(qū)體苯甲酸鈦，研磨后將前驅(qū)體苯甲酸鈦放在高溫變阻箱內(nèi)，800 ℃煅燒2 h得到白色粉末狀納米氧化鈦。

2 結(jié)果與討論

2.1 傅里葉-紅外光譜(FT-IR)分析

圖1為苯甲酸鈦的紅外光譜，由圖分析可以得出：在1 634 cm-1處的強吸收峰為苯甲酸鈦中苯環(huán)的伸縮振動峰[8]，1 396 cm-1為COO-的伸縮振動峰[9]，1 200 cm-1～1 000 cm-1為苯環(huán)上C-O面外伸縮振動吸收帶[10]，624 cm-1為Ti-O鍵的特征吸收峰[11]。根據(jù)上述分析可以得出結(jié)論：流變相法制備二氧化鈦的前驅(qū)體為苯甲酸鈦，純度較高。

圖1 前驅(qū)體苯甲酸鈦的紅外吸收光譜

2.2 X-射線衍射(XRD)分析

圖 2為納米二氧化鈦產(chǎn)品的X射線衍射圖，從圖中可以看出，樣品在2θ處的值分別為25.3、37.8、48.0、53.9、55.0、62.7、68.7、70.3、75.1處有衍射峰，與銳鈦型TiO2標(biāo)準(zhǔn)峰位基本一致，所以可以得出結(jié)論：產(chǎn)物為銳鈦礦二氧化鈦。而且它的衍射峰相當(dāng)尖銳，說明結(jié)晶度良好，經(jīng)過計算可知二氧化鈦結(jié)晶度約為96.36%，結(jié)晶度很好。圖上無其它雜質(zhì)相存在，說明產(chǎn)物純度高；峰形較寬，表明顆粒尺寸非常細(xì)微。

圖2 樣品X-射線衍射(XRD)圖譜

2.3 透射電鏡(TEM)分析

圖3為樣品的 TEM 圖。由圖可知，所制得的二氧化鈦形貌清晰，顆粒分散均勻，粒徑約為2 nm。

圖3 樣品透射電鏡(TEM)圖譜

3 結(jié)論

(1) 流變相反應(yīng)法以硫酸氧鈦為原料能夠合成高純度的二氧化鈦前驅(qū)物苯甲酸鈦，流變相反應(yīng)法工藝簡單。

(2) 苯甲酸鈦在高溫?zé)岱纸鈱τ谥苽浼{米二氧化鈦來說是一種簡便易行的綠色合成方法。

(3) 該方法所用原料無毒,操作簡單,產(chǎn)品純度高,具有一定的經(jīng)濟性，在工業(yè)生產(chǎn)中能夠在一定程度降低行業(yè)成本。