化学沉淀法制备锐钛型介孔纳米二氧化钛粉体的研究

论文摘要

随着科学技术的进步,人们发现当材料的尺寸减小到超细时（﹤0.1μm ）,材料的性质有了较大的变化,表现出一些新颖的特性,预示着新的应用前景。自从1992年美孚石油公司的科研人员首次研制出MCM-41介孔分子筛以来,有序介孔材料便因其优异的性能广阔的应用前景,引起了科研工作者的极大热情。二氧化钛介孔材料因其在光催化、传感器、太阳能电池、催化剂载体等方面具有种种潜在的用途而备受关注,已成为材料科学一个新的研究热点。对于该材料的合成研究当然是重中之重。目前已有文献报道了几种该材料的制备方法,所得材料都具有高的比表面积、有序的孔结构、很窄的孔径分布,并可以实现在一定范围内孔径的调节,但几乎所有的方法都有一个共同的缺点:使用高成本的溶胶-凝胶法,即由钛的有机醇盐（如:钛酸丁酯）为原料,在模板剂的作用下采用无机酸为水解催化剂,有机溶剂为介质（如:无水乙醇等）先得到溶胶再转化为凝胶体,经干燥,焙烧制得。由于该方法生成本高（原料均为有机物）,制备周期长（原料有机醇盐制备较复杂,同时必须有形成溶胶—凝胶过程）,难以实现工业化扩大生产。本文通过阅读大量文献,研究现状,主要做了以下几个方面的探索:1.改进原有的沉淀法,通过加入少量的表面活性剂作模板剂,改善反应的微环境,控制颗粒的产生、生长、聚集、煅烧等各个步骤,来得到锐钛型介孔纳米二氧化钛粉体。通过正交试验来得到小试阶段的最佳工艺参数。除了少量的有机模板剂,整个反应以水为反应介质,无机物为原料,最大限度地降低成本,简化工艺,为后续的产业化目标打下基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪 论
• 1.1研究背景
• 1.2 介孔纳米二氧化钛材料制备及发展评述
• 1.2.1 锐钛型介孔纳米二氧化钛
• 1.2.2 介孔纳米二氧化钛制备研究现状评述
• 1.2.2.1 表面活性剂模板 Sol-Gel 法制备介孔 Ti02
• 1.2.2.2 非表面活性剂模板Sol-Gel法合成介孔
• 1.2.2.3 非模板法合成介孔 Ti02
• 1.2.2.4 改进的 Sol-Gel 法
• 1.3 纳米二氧化钛粉体的沉淀法制备及发展状况
• 1.3.1 纳米粒子及其特性
• 1.3.2 纳米二氧化钛粉体的化学沉淀法合成
• 1.3.2.1 均匀沉淀法制备纳米二氧化钛粉体
• 1.3.2.2 水解法制备纳米二氧化钛粉体
• 1.3.2.3 胶体化学法制备纳米二氧化钛粉体
• 1.3.2.4共沉淀法制备纳米二氧化钛粉体
• 1.4 本论文研究的意义
• 1.5 本论文研究目标和主要研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.6 研究思路
• 1.7 本论文主要创新点
• 1.8 主要技术路线设计
• 第二章.介孔纳米二氧化钛制备理论
• 2.1 沉淀法纳米微粉制备理论
• 2.1.1 液相中生成固相颗粒的机理研究
• 2.1.1.1 成核过程
• 2.1.1.2 颗粒的同步生长
• 2.1.1.3 微粒的聚结
• 2.1.1.3.1 微粒的聚结的基本过程
• 2.1.1.3.2 微粒的聚结的模型
• 2.1.1.4 微粒的团聚
• 2.1.1.4.1 团聚的基本过程
• 2.1.1.4.1.1 液相中的团聚
• 2.1.1.4.1.2 干燥阶段的团聚
• 2.1.1.4.2 团聚模型
• 2.1.1.4.3 湿凝胶的处理和固—液分离过程中的团聚
• 2.1.1.4.4 粉料煅烧时的团聚
• 2.1.2 分散机制
• 2·nH2O 的形成条件和 TiO₂晶形的改变'>2.1.3 沉淀 TiO₂·nH2O 的形成条件和 TiO₂晶形的改变
• 2.2 介孔材料的合成
• 2.2.1 介孔材料合成机理
• 2.2.1.1 液晶模板机理
• 2.2.1.2 棒状自组装模型
• 2.2.1.3 电荷匹配机理
• 2.2.1.4 静电作用模型
• 2.2.1.5 层状折皱模型
• 2.2.2 介孔分子筛的合成
• 2.2.3 介孔材料研究中存在的主要问题和发展方向
• 2.3.小 结
• 第三章 锐钛型介孔纳米二氧化钛粉体的制备与机理研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验过程
• 3.1.1.1 原料与设备
• 3.1.1.2 制备
• 3.1.1.3 样品分析表征
• 3.2. 研究结果和讨论
• 3.2.1 介孔晶型纳米二氧化钛粉体制备的正交实验
• 3.2.2 极差的计算和最优方案的选择
• 3.2.3 模板剂的选择和加入量的确定
• 3.2.4 煅烧强度的影响
• 3.2.5 其他因素的影响
• 3.3 产品性能表征
• 3.3.1 比表面积孔性能测试
• 3.3.2 XRD 分析
• 3.3.3 原子力显微镜、场发射高分辨率透射电子显微镜分析
• 3.4 锐钛型介孔纳米二氧化钛的催化活性
• 3.5 介孔形成机理分析
• 3.5.1 液相中介孔材料的形成机理
• 3.5.2 固相反应机理分析
• 3.5.3 其他因素的影响
• 3.6 结论
• 2粉体的分散性研究'>第四章.锐钛型纳米 TiO₂粉体的分散性研究
• 4.1、实验部分
• 4.1.1 仪器与试剂
• 4.1.2 样品制备
• 4.1.3 ζ电位及粒度的测试
• 4.2 实验结果讨论
• 4.2.1 不作预处理样品的粒度分布图和ζ电位
• 2分散性和电位的影响'>4.2.2 超声波法对纳米 TiO₂分散性和电位的影响
• 2分散效果及ζ电位的影响'>4.2.3 分散剂种类和用量对纳米 TiO₂分散效果及ζ电位的影响
• 2分散效果及ζ电位的影响'>4.2.3.1 水体系中分散剂用量对纳米TiO₂分散效果及ζ电位的影响
• 2分散效果及ζ电位的影响'>4.2.3.2 非水体系中分散剂用量对纳米TiO₂分散效果及ζ电位的影响
• 2分散体系ζ电位的影响'>4.2.4 pH 对纳米 TiO₂分散体系ζ电位的影响
• 2的TEM分析'>4.2.5 纳米TiO₂的TEM分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 锐钛型介孔纳米二氧化钛粉体的中试研究
• 5.1. 主要试验原材料选择
• 5.2 小试阶段最佳工艺参数
• 5.3 介孔纳米二氧化钛粉体制备中试工艺流程设计
• 5.3.1 小试阶段制备流程
• 5.3.2 中试工艺流程[
• 5.4. 百公斤介孔纳米二氧化钛粉体中试放大试验
• 5.4.1 预期产品质量指标
• 5.4.2 原料准备
• 5.4.3 扩试工厂操作规程
• 5.4.4 扩试过程中的质量监控
• 5.5 产品性能测试
• 5.5.1 测试仪器
• 5.5.2 材料分析测试
• 5.5.2.1 XRD 分析
• 5.5.2.2 粉体微观结构分析
• 5.5.2.3 孔结构测试
• 5.6 结果分析
• 5.6.1 扩试与小试产品性能比较及工程因素分析
• 5.6.2 经济技术分析
• 5.7 三废的处理
• 5.8 结 论
• 第六章 结 论
• 6.1 本文的有益探索
• 6.2 本研究取得的成绩
• 6.3 今后本课题的努力方向
• 参考文献
• 附件
• 致谢