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納米二氧化鈦范文1
20世紀80年代以前，納米TiO2的研究開發目的主要是作為精細陶瓷原料、催化劑、傳感器等，需求量不大，沒有形成大的生產規模。80年代以后，開發的納米TiO2用作透明效應和紫外線屏蔽劑，為納米TiO2打開了市場，使納米TiO2的生產和需求大大增加，成為鈦白工業和涂料工業的一個新的增長點。
由于納米TiO2在催化及環境保護等方面具有廣闊的應用前景，并可用于日用產品、涂料、電子、電力等工業部門，因此，納米TiO2展現出巨大的市場前景。日本、美國、英國、德國和意大利等國對納米TiO2進行了深入的研究，并已實現納米TiO2的工業化生產。目前全世界已經有十幾家公司生產納米TiO2，總生產能力估計在(6000～10000)t/a，單線生產能力一般為(400～500)t/a。
根據莎哈里本公司統計，2003年全球納米TiO2銷售量僅為1800t左右，其消費量與產品應用見表1。
表12003年全球納米TiO2消費量與產品應用
產品應用
消費量/t
UV-吸收劑
1000
光催化劑
<100
化學催化劑
<500
裝飾既隨角異色
100
表面吸附劑
<50
其它
50
近幾年，有關納米TiO2的新建裝置已很少報道，主要是已建成裝置的生產能力已遠遠超出市場的實際消費量，多數廠家處于開工不足或停產的狀態。主要原因是目前國際上公認的納米TiO2制備和應用技術還有待于提高，技術要點和難點主要表現在以下幾個方面：①國際上納米TiO2的價格為(30～40)萬元/t，其成本大致是銷售價格的2/5，原料和工藝路線的選擇是降低生產成本的關鍵因素；②納米TiO2的晶型和粒度控制技術；③金紅石型納米TiO2的表面處理技術；④納米TiO2應用分散技術；⑤納米TiO2應用功能的提升技術：⑥納米TiO2產業化成套技術。由于以上條件的制約，使得納米TiO2的應用和發展受到限制。
我國納米TiO2的現狀
在國外普遍開展了納米TiO2的制備和應用技術開發，并取得了階段性成果，我國納米TiO2的研究在“九五”期間形成了，據了解，進行納米粉體制備技術研究的科學院所和高校幾乎都在進行和進行過納米TiO2的研究。重慶大學應用化學系是國內最早(1989年)研究納米TiO2的單位，華東理工大學、中國科學院上海硅酸鹽研究所是目前研究技術較全面、報道最多的單位。國內主要研究單位與制備方法見表2。
表2國內納米TiO2的制備方法與研究單位
制備方法
研究單位
氣相水解法
永新一沈陽化工股份公司
氣相氧化法
華東理工大學
膠溶法
重慶大學、吉林大學
溶膠-凝膠法
中國科學院固體物理研究所、華東理工大學、西北大學
化學沉淀法
北京首創納米公司、成都科技大學、東北大學
目前，國內涉足納米TiO2生產的公司約有十家，總生產能力在1000多噸。四川攀枝花鋼鐵(集團)公司鋼鐵研究院年產200t生產裝置是我國技術裝備較先進、品種最為齊全的裝置，可以生產金紅石型和銳鈦型兩大系列各有4個(10～40)nm的粉體品種；由淮北蘆嶺煤礦和騰嶺工貿有限公司共同組建的安徽科納新材料有限公司年產100t生產基地在宿州市建成；江蘇河海納米科技股份有限公司投資5000萬元，已經建成年產500t的規模；青島科技大學納米材料重點實驗室與海爾集團聯合開發的首條具有百噸生產能力的生產線已經建成并一次試車成功；濟南裕興化工總廠擁有先進的納米TiO2生產線(已通過省級鑒定)，具備年產100t生產能力，可提供納米銳鈦型、金紅石型的粉體和漿料共4個品種、多種規格的產品；此外，四川永祿科技有限公司、浙江舟山明日納米有限公司、江蘇五菱常泰納米材料有限公司、河北茂源化工有限公司納米TiO2裝置也已建成。納米TiO2的發展
1）納米TiO2生產的特點
縱觀國外納米TiO2的生產，存在著以下特點：生產原料主要為四氯化鈦、硫酸氧鈦，生產方法主要有氣相法和液相法。氣相法主要有以四氯化鈦為原料的氫氧火焰水解法，而液相法主要是以四氯化鈦和硫酸氧鈦為原料的化學沉淀法，且多數生產廠家為鈦白粉生產廠，充分利用了原有氯化法和硫酸法生產裝置的中間產物、生產技術、公用工程和生產管理方面的經驗。
我國納米TiO2的研究和生產具有以下幾個特點：①對納米TiO2的研究多、面廣，力量分散，低水平的重復性研究現象嚴重，企業介入的力度不夠；②重點進行了納米TiO2制備技術的開發，對納米TiO2的應用技術開發力度較小，尤其是有關應用的關鍵技術沒有突破性進展；③工程開發能力薄弱，因納米TiO2項目一般投資較小，一些大型的工程公司(設計院)對工程化的興趣不大，不愿投入人力物力進行工程開發，④生產規模小、基本采用濕法工藝，土法上馬，產品質量差，現有市場空間較小，沒有給企業帶來想象中的高利潤。目前，我國納米TiO2的市場價格大致為(7～42)萬元/t，因為晶型、質量和產地不同價格差距較大，國內生產的產品價格為(7～24)萬元/t。
2）我國納米TiO2生產的發展建議
生產工藝的比較
氣相法反應速度快，能實現連續化生產，而且制備的納米TiO2純度高、分散性好、團聚少、比表面活性大，產品特別適合于精細陶瓷材料、催化劑材料和電子材料。但氣相法反應在高溫下瞬間完成，要求反應物料在較短的時間內達到微觀上的均勻混合，對反應器的形式、設備的材質、加熱方式、進料方式均有很高的要求。目前氣相法在我國處于小試階段，欲達到工業化生產，還要解決一系列工程問題和設備材質問題。
與氣相法相比，液相法生產的原料成本低了一個數量級。而且具有原料無毒、無危險性、常溫液相反應、工藝過程簡單易控制、易擴大到工業規模生產、三廢污染少、產品質量穩定等優點。因此；液相法中硫酸氧鈦和四氯化鈦液相中的化學沉淀法最具工業化發展潛力。
原料生產路線
我國鈦白工業近十年來發生了很大的變化，取得了令人矚目的成就，其硫酸法鈦白的生產已與國外先進技術差距不多，總生產能力已躍居世界第二位，僅次于美國。
根據納米TiO2的生產特點，結合國內鈦白生產的具體情況，我們提出了以硫酸法生產的中間產物硫酸氧鈦為原料的生產路線，充分利用我國在硫酸法鈦白工業生產中所取得的技術，以及工程化方面的經驗，發展我國的納米TiO2工業。
生產規模的確定
目前，國內納米TiO2的需求量一種觀點認為應在1萬t左右，一種觀點認為在1000t以下，我們認為在目前的情況下，后一種觀點可能更符合國內的現實。目前國內納米TiO2的生產能力已經能夠滿足現有市場的需求，但隨著我國納米產品的普及程度和人們消費觀念的改變以及我國整體經濟呈現穩步發展的態勢，納米TiO2必將迎來廣闊的市場發展空間。因此，新上項目應在(400～500)t/a的生產規模，同時最好建在鈦白生產廠內。
生產方法的選擇
化學沉淀法一般分為均勻沉淀法、直接沉淀法和共沉淀法三種。其中均勻沉淀法具有工藝簡單、產品質量好、易于操作等特點，是最具工業化發展前景的一種制備方法。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。該方法中，加入溶液的沉淀劑不立刻與沉淀組分發生反應，而是通過化學反應使沉淀劑在整個溶液中緩慢生成，使之通過溶液中的化學反應緩慢生成沉淀劑，只要控制好生成沉淀劑的速度，就可避免濃度不均勻現象，使過飽和度控制在適當的范圍內，從而控制粒子的生長速度，獲得粒度均勻、致密、便于洗滌、純度高的納米粒子，常用的均勻沉淀劑為尿素等。以硫酸氧鈦為前驅物，以尿素為沉淀劑制備納米二氧化鈦的反應原理為：尿素水溶液在70℃左右開始水解，其反應式為：CO(NH2)2+3H2O=2NH3·H2O+CO2
由于尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低，從而可得粒徑分布均勻和粒徑小的納米TiO2。尿素的分解產物CO2和NH3，在反應或煅燒后均為氣體，易揮發，不會對產品的純度和質量造成影響。生成沉淀劑NH3·H2O在TiOSO4溶液中分布均勻、濃度低，使得沉淀物TiO(OH)2均勻生成：
TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2+(NH4)2SO4
TiO(OH)2煅燒得到TiO2：
TiO(OH)2=TiO2+H2O
存在的問題
納米二氧化鈦范文2
[關鍵詞]環保 納米二氧化鈦 制備方法 運用
[中圖分類號] X324 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-4-250-1
在各種新型無機化工材料中，納米二氧化鈦由于具有粒徑小、磁性強、吸收性能好、表面活性大等特點得到了迅速的發展，目前已經被廣泛應用于環保、能源以及醫療衛生等多個領域中?，F階段納米二氧化鈦主要包括金紅石型、板鈦型以及銳鈦型等三種晶體結構，并且隨著科學技術的不斷進步仍然有著廣闊的開發利用前景，因此本文主要對環保行業中納米二氧化鈦的制備方法及運用情況進行了分析。
1環保行業中納米二氧化鈦的制備方法
1.1氣相法
利用氣相法制備納米二氧化鈦時，可以采用下述兩種方法：一種方法是不需要伴隨化學反應的，只需要在激光、電子束照射、真空干燥以及電弧高頻感應等條件的基礎上，將原料氣化成為離子體，并在介質中將其進行冷卻，確保離子體能夠轉化為納米二氧化鈦微粒，我們把這種制備方法稱為物理氣相沉積法。該方法的優勢在于產物具有較高的純度以及良好的晶型結構，而且可以對粒度進行控制，不過對制備所需設備及技術有著較高的要求。另外一種方法則會伴隨化學反應，該方法的制備原理主要是通過讓氣態物質在固體表面發生化學反應，并在激光、高頻電弧以及電子束等條件下，使其形成固體沉積物，我們將這種方法稱為化學氣相沉積法。該方法的優勢在于產物純度高、團聚少，具有良好的分散性等，不過受到產物收集困難的限制，導致其產物成本相對較高。常見的氣相法主要包括鈦醇鹽熱裂解法、TiCl4氣相氫氧火焰水解法以及TiCl4氣相氧化法等。
1.2液相法
目前在各種制備納米二氧化碳的方法中，人們針對液相法做出的研究工作最多，該方法主要將TiCl4、Ti（SO4）2、鈦的醇鹽等作為制備原料，將其水解成二氧化鈦水合物，并對其進行干燥和高溫焙燒，以此來獲得納米二氧化鈦粉體。該方法的優點主要包括反應溫度低、能源消耗少以及所需設備簡單等，在現階段環保行業進行超微粉的制備中得到了廣泛應用。但是由于產品的分散性差，導致顆粒大小以及形狀等存在較明顯的不均勻性，增加了制備成本，限制了產品的使用范圍。目前常見的液相法主要包括溶膠- 凝膠法、水熱法以及沉淀法等。
1.3固相法
采用固相法合成納米二氧化鈦的原理為固-固反應以及固態原料的熱分解技術。目前主要包括電解沉淀法、直接沉淀法、非晶晶化法、反應球磨技術以及溶膠-凝膠法等。通過采用XRD、TEM、SEM、Mossbauer 譜和比熱測量分析可以知道，上述制備方法得出的納米產物界面結構都有較高的相似度，大多數晶界呈有序結構，不過點陣畸變現象較為明顯而且程度不一。在上述制備方法中，反應球磨技術制備得出的納米產物缺陷密度相對較高，更有利于獲得過飽和固溶的亞穩晶體合金相。
2環保行業中納米二氧化鈦的具體運用
2.1抗菌除臭
由于二氧化鈦在光照條件下能夠抑制并殺滅環境中存在的微生物，因此將納米二氧化鈦應用于環保行業中具有較好的抗菌作用。例如二氧化鈦光催化劑可以有效殺滅大腸桿菌、綠膿桿菌等。殺菌原理為：首先在光催化陶瓷表面上涂抹一定量的納米二氧化鈦，細菌在吸附到陶瓷表面后，能夠被納米二氧化鈦經過紫外光激發所形成的活性超氧離子自由基以及羥基自由基穿透，從而對細胞膜質起到一定的破壞作用，防止成膜物質的繼續傳輸，有效阻斷細菌的呼吸系統，達到滅菌的目的。而且由于細菌在分解成為有機物后會形成一定量的臭味物質，例如硫醇以及二氧化硫等，因此在納米二氧化鈦發揮抗菌作用時還能夠有效抑制這些臭味物質的形成，具有良好的除臭功能。
2.2有害氣體凈化
隨著現代化工業的不斷發展，世界各地都存在程度不一的環境污染問題，有害氣體的凈化受到了廣大人民的重視。隨著納米二氧化鈦催化降解技術的快速發展，有效提高了有害氣體凈化效果。針對室內環境中存在的甲醛、甲硫醇以及氨氣等有害氣體，納米二氧化鈦能夠在光催化作用的基礎上對這些有害物質進行分解氧化，有效降低室內有害氣體的濃度，緩解由于有害氣體濃度過高而造成的人體不適感。另外隨著汽車尾氣以及工業廢氣等排放量的增加，使得空氣中氮氧化物及硫氧化物的濃度不斷提高，而通過利用納米二氧化鈦的光催化作用，可以將這些物質氧化為蒸汽壓低的硝酸或硫酸，隨著降雨過程將這些物質消除，有效緩解大氣污染。
2.3處理污水
（1）有機污水處理?，F階段工業生產及日常生活中排放的污水量大，包含大量的有機污染物，特別是在工業污水中存在大量具有較高毒性的有機物，如果單純的采用生物處理技術無法將這些有害物質從根本上消除，因此通過采用納米二氧化鈦光催化劑，能夠將污水中處于光照條件下的烴類、鹵代物、羧酸等有害物質進行氧化，將其有效還原為CO2和H2O等無害物質。
（2）無機污水處理。污水中除了有機物以外，例如Cr6+等無機有毒物質在接觸到二氧化鈦催化劑表面時，可以捕獲到催化劑表面形成的光生電子，從而將毒害性較強的Cr6+有效降解為毒害程度相對較低的Cr3+，以此來達到凈化污水無機物的目的。另外在污水中還存在大量的例如Pt4+，Hg2+，Au3+等重金屬離子，在接觸到納米二氧化鈦催化劑表面時，也可以通過捕獲光生電子發生還原沉淀反應，從而收回工業污水中存在的無機重金屬離子。
3結束語
總之，納米二氧化鈦作為一種新型無機化工材料，在環境保護方面發揮了重要作用。而且隨著催化科技的不斷發展，納米技術水平將有更大提高，促進納米二氧化鈦改性材料的研發，進一步完善納米二氧化鈦表面修飾技術，充分發揮出其具有的多功能效應，確保納米二氧化鈦能夠作為一種重要的環境凈化材料，更好的應用于綠色環保事業的發展中。
參考文獻
納米二氧化鈦范文3
關鍵詞：二氧化鈦納米管；制備方法；形成機理
自發現二氧化鈦納米管具有光催化性能以來，越來越多的科學家及學者對它展開了研究，人們發現二氧化鈦的這種性能在普通材料（塊狀固體、粉末）上都不明顯，只有在納米尺度的范圍內才可以滿足這種光催化性能，材料粒徑大小和時間有這樣一個關系式：t=d2/（k2D），在這個公式里，D代表擴散系數，d是粒徑尺寸，k是常數。從這個公式里，粒徑大小與時間成正比，光催化性因此提高，同時催化劑尺寸減小，表面積會增大，降解物吸附在二氧化鈦上的成功率提升，反應加速進行，所以制備納米級二氧化鈦催化劑是非常有必要的，如今納米材料材料的制備方法、工藝流程、材料性能已非常普遍，本文將介紹一種新的制備納米二氧化鈦的方法―二氧化鈦納米管，與其它型材相比，二氧化鈦納米管比表面積更大，同時可二次利用。
模板合成法：利用基底材料的外表面或間隙作為合成底板，在紫外線的照射下，苯甲酰會產生自由基從而誘導甲基丙烯酸甲酯在模板的微孔里聚集，經過以上反應后，加入NaOH反應結合多余的Al、Al2O3，通過濺射法制得了金膜電極，再利用電化學沉積技術，選擇TiCl3鹽酸溶液作為鍍液，最終在基底表面制得二氧化鈦納米管，緊接著將制好的材料放置在丙酮溶液里，基底模板被溶解，二氧化鈦納米管保留下來，這時的納米管是無定型的，經過一定選定溫度的熱處理，相應的還可以得到銳鈦礦納米管、金紅石納米管，利用此法制備納米管技術有利有弊，好處是制得的納米管整齊，形貌均勻，但是缺點是很難制備小管徑納米管，同時制作的工藝流程冗長繁雜，無法批量化大規模生產，在去除模板的過程中極易損壞納米管，導致形貌破損，實驗過程中很難重現[1]。
熱合成法主要是依據溶液中物質發生化學反應而進行的一種合成，反應過程中溶液中的物質處在分子狀態，所以反應活性很高，用合成法制備二氧化鈦納米管在原料上一般選擇有四氯化鈦、有機鈦等，處理的方法是先用濃度高的NaOH水熱處理，緊接著用濃度低的氯化氫中和，通過去溶液比例的調控、溫度的控制可以制備出不同管徑、不同厚度的二氧化鈦納米管，與前面的方法相比較，水熱合成法制作工藝簡單，投入低，易于實現批量化生產，容易制備出小管徑納米管，但是該法制得的二氧化鈦納米管長度有限制，對原料中二氧化鈦的尺寸有依賴性，同時反應對溫度壓強有較高要求，耗時較長，同時水熱合成法制備出的二氧化鈦納米管是一種離散狀態，不是最終成品，還需將其再次固定在鈦模板上[2]，在第二次工藝中極易對產品造成污染。
陽極氧化法是在鈦基底上直接制備二氧化鈦納米管陣列，這樣制備出來的納米管與底材結合牢固，穩定性好，是一直極好的對材料表面進行改性的方法，
陽極氧化的原理是采用電化學方法，將鉑電極作為陰極，鈦片放置陽極，兩極相對保持設定距離，電解液配置常用酸包括，硫酸、氫氟酸等，設定一定的時間和電壓從而制備出二氧化鈦納米管陣列，研究表明實驗過程中電壓、電流、時間、陽極氧化電解液配比等，這些因素都會對納米管的形成產生影響，對不同的條件進行調整，就可以得到長度不同，管徑不同，壁厚不一的納米管[3]。
陽極氧化方法的電解液主要是HF體系為代表，主要有HF+H2O、HF+H2SO4+H2O、（NH4）H2PO4+H3PO4+HF等，在HF體系電化學方法下，納米管形成原理本文用反應式來加以說明，下面三式為主要代表反應式[4]：
2H2OFYO2+4e+4H+JY（1-1）
Ti+O2FYTiO2JY（1-2）
TiO2+6F-+4H+FYTiF2-6+2H2OJY（1-3）
在前兩個反應式中，鈦表面逐漸形成一層致密的氧化膜，經過第三個反應式，氧化膜表面有規律的形成一個個凹痕，第一過程，電化學反應開始，在極短的時間內形成氧化膜；第二過程，在氫佛酸作用下氧化膜表面被腐蝕形成小孔；第三過程，氧化腐蝕繼續，孔洞被腐蝕成具有一定長度的孔徑，在反應剛開始的氧化膜表面被蝕出凹孔，隨著反應繼續，時間增加，凹孔長大變成孔洞，有于電勢作用，孔底是高電勢所以得到較強的電場力，位于基底的材料繼續被氧化腐蝕，二氧化鈦也不斷溶解生成，經過一段反應時間后最終形成納米管。除此之外，人們還對二氧化鈦納米管的制備做了許多研究，涉及無機電解液對納米管的影響，有學者用NH4F+無水乙酸電解液在較低的電壓下合成管徑長度在100-200nm之間的二氧化鈦納米管，也有學者利用NH4F+丙三醇電解液制成管徑長度在7μm的納米管，這種納米管制備需要的時間較長，但壁身光滑?，F如今制備納米二氧化鈦的方法多種多樣，但是凡是采用陽極氧化方法制得納米管都是無定型的，想要獲得銳鈦礦結構只有通過熱處理。（作者單位：重慶三峽學院機械學院）
參考文獻：
[1]潘善林，張浩力，彭勇，等.模板合成法制備金納米線的研究.高等學校化學學報，1999.10
納米二氧化鈦范文4
納米材料已經完全融入了人類的生產生活中，如一些化妝品就摻有光催化劑（一種基礎納米材料），可以用來避免紫外線輻射；改進的納米車窗玻璃可以防止凝結水；碳納米管集結的繩索比鋼筋還要結實；科學家也一直嘗試使用納米顆粒負載藥物用于癌癥和艾滋病的治療。這些納米技術帶給人們驚喜的同時，也帶來了改善生活的可能。但納米材料完全是“天使”嗎？凡事都有兩面性，納米材料也不例外。前不久，有人發現納米鋁顆粒可以增強致病菌的耐藥性。聽到這個消息，人們在使用納米材料制成的產品時或許要做更加周全的考慮了。
一個不爭的事實是，納米顆粒進入生態系統及人類生活環境的量越來越大，種類也在逐漸增多，這些納米顆粒都或多或少會對負載它的生物體產生影響。在對動物影響的研究中，科學家發現納米材料具有一定的神經毒害作用，對不同的器官有不同的毒害形式，且決定于劑量和作用時間。納米材料除了對動物或人體產生安全風險，對植物也有影響。
研究納米對植物生長的影響才剛剛起步，而可以預期的是，納米顆粒對植物乃至生態系統都會有不同程度的影響。納米和植物有著微妙的關系，有時你會發現它們“互利共生”，而有時它們又顯得“水火不容”。
納米與植物的微妙關系
最初，人們主要想知道如果納米材料進入水體和生態環境，會對植物的生長造成什么樣的影響。人們首先關注的是對種子萌發率的影響，如：發現中等濃度的納米二氧化鈦可以促進一些種子的萌發，而對另外一些種子則沒有作用；納米材料對種子萌發的影響與納米顆粒的性質有關。有科學家證實納米鋅顆粒和納米氧化鋅能顯著抑制黑麥和油菜的種子萌發，對玉米、黃瓜等的根長也有顯著抑制作用。與此同時，另一些科學家卻
發現納米二氧化鈦可以增強菠菜的光合作用，且證實與它的光催化活性密切相關。中國農業科學院的研究者也發現在黃瓜葉面上噴施0.35%的納米二氧化鈦半導體溶膠可顯著降低葉片病斑面積、發病率，并對葉綠素和胡蘿卜素的合成具有促進作用。
而中國海洋大學的研究者發現納米二氧化鈦對短裸甲藻的生長具有抑制作用，且主要是增加了短裸甲藻體內的羥自由基。這些看似矛盾的研究說明了納米顆粒的生物學效應與顆粒的性質（表面修飾程度、大小、直徑等）及植物材料是密切聯系的，與生長周期和施用方式也有關系。如浙江師范大學近期的研究發現，直徑6.22納米的二氧化鈦顆粒降低了長序榆幼苗的光合作用，對葉肉細胞產生了毒害，光照在一定程度上決定了納米材料的傷害程度。進一步的研究發現，納米二氧化鈦沒有影響到葉片氮的合成，植物體內積累的一些糖類和脂類物質是應對納米毒害的機制。
碳納米管與植物
目前，科學界對碳納米管材料與植物相互作用的研究較為深入。2009年美國阿肯色大學小石城分校的科學家發現，多壁碳納米管能夠進入番茄的種子細胞中，促進種子的萌發和幼苗的生長速率。隨后他們證明多壁碳納米管也能促進煙草的生長。
當然，納米材料如果影響到了植物生長的表觀生理，那么這種影響肯定是牽涉到眾多生理過程的。科學家使用光聲光熱技術發現了碳納米管在植物體內的積聚，碳納米管從根進入到了葉片，從而影響了包括光合作用、呼吸作用和蒸騰作用在內的重要生理代謝過程。納米材料的生物學效應與其表面性質密切相關，如有人證實水溶性的碳納米管能夠促進鷹嘴豆的生長，而量子點修飾（一種表面修飾納米粒子的技術）的多壁碳納米管卻不利于番茄的生長。有些多壁碳納米管能夠誘導植物根部細胞染色體畸變、DN段化和細胞凋亡，而有些卻能顯著改善植物的生長調節能力，如科學家觀測了兩種不同粒徑的碳納米管對5種植物生長的影響，發現碳納米管能夠促進種子萌發和根的伸長，10納米的碳納米管可以減輕污水淤泥對植物生長的毒害，而60納米的碳納米管則會加重其毒害。
金屬納米材料的直徑效應更明顯，如納米二氧化鈦溶液對黃瓜幼苗的發芽與生長隨著納米粒徑的減小抑制作用也就越明顯，植物體內會富集更多的金屬鈦。西葫蘆幼苗暴露在銀納米顆粒的溶液中可吸收4.7倍于銀溶液的銀含量，而在銀納米溶液中植株的生物量（是衡量生長能力和潛力的指標）和蒸騰能力下降幅度更大。這都說明粒徑的大小或者納米材料的性質在某種程度上決定了其生物學效應。
納米二氧化鈦范文5
[關鍵詞]納米TiO2 光催化 溶膠-凝膠
[中圖分類號] TB33 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-4-348-2
納米TiO2在光照下比一般材料具有更優異的催化能力，但它只能利用太陽中的紫外光，太陽能利用率低，在太陽光輻射中，波長小于388 nm的紫外輻射只占大約4%―5%。另外，納米TiO2 催化劑光激發后產生的空穴和電子復合的幾率很高、量子效應較低，這些缺點也是目前半導體光催化劑普遍存在的問題。本實驗的目的是探索納米TiO2復合材料的制備，提高其在可見光下的光催化活性。
1材料制備過程
1.1實驗過程如下
（1）將10ml鈦酸丁酯與20ml無水乙醇混合攪拌15min，充分溶解為A溶液。
（2）另取一定量的0.1 mol/L V5+溶液，加酸至50 ml為B溶液。
（3）將A滴入B中，機械攪拌1.5h，常溫反應，得透明溶膠。
（4）取NaOH溶液緩慢滴入溶膠，用HNO3調節pH值，得到TiO2凝膠。
（5）加入適量水離心分離洗去雜質。100℃下烘干，并研細至無明顯顆粒感。
1.2XRD測試
采用日本理學公司的Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線衍射儀對所得粉末樣品進行X射線衍射分析，使用Cu-Kα 輻射源，波長為1.5406 A，使用Ni濾波片，采用管流為300 mA、管壓為40 KV，掃描速度5度/分，步長為0.02°。階梯掃描步長為0.04°，每步停留5秒。
1.3光降解試驗
準確稱取0.100g活性艷紅染料，配成濃度為50mg/L的染料， 模擬印染廢水。另取0.200g催化劑投入染料溶液，測混合液的吸光度。活性艷紅的特征吸收波長為540nm。紫外燈浸入水中照射，并每隔0.5小時取上清液，直接于Kmax=540nm處測其吸光度，再根據吸光度變化求其脫色率。
脫色率=（1-A/A0）×100%
式中：A0，A分別為光照前后的吸光度。為保證紫外線的有效利用，在玻璃燒杯的外面貼上一層反光的鋁鉑紙。
2材料制作結果與討論
2.1摻釩比率對材料結晶的影響
添加不同量的釩制得TiO2作XRD測試，結果如圖1所示。從XRD衍射圖分析得到，各材料的晶粒尺寸大小依次為4.2、4.0、3.4、3.9、4.1、4.3nm，說明隨著摻釩的比例增加， 晶粒尺寸先減小后增大，在x=0.01時最小。由于V5+離子的離子尺寸比Ti4+離子要小， V5+離子滲入晶胞，替代了Ti4+的位置，使納米晶體的晶粒尺寸減小。當x量較小時（x
2.2pH值對材料結晶的影響
對不同pH下制得的樣品作X射線衍射分析，見圖2。在堿性條件下，溶膠沉淀速度較快，二氧化鈦結晶度差，呈無定形狀態。當pH=6時，二氧化鈦的峰形明顯尖銳化，說明pH=6條件下合成的二氧化鈦晶形較好。pH=6和pH=3的條件下，樣品中含有板鈦礦型的二氧化鈦。實際操作中低pH條件下制得的材料量較少，所以反應的pH值不應過低。
2.3實驗溫度對材料結晶的影響
隨著反應溫度的升高，銳鈦型TiO2峰形尖銳化，說明TiO2微粒晶形越來越好；同時從XRD衍射圖分析得到，不同反應溫度制得的復合材料中，TiO2納米晶粒尺寸依次為3.4 nm ，3.3 nm ， 3.6 nm ，3.9 nm ，4.3nm，說明反應溫度升高，TiO2納米晶粒尺寸呈增大趨勢，這可能是由于在較高的溫度下，TiO2生成結晶的反應速度較快，容易生成較大的顆粒。隨著納米材料晶粒尺寸增大，其量子化效應減弱。
3材料催化性能研究
3.1釩添加量對材料催化性能的影響
對實驗制備的材料作催化實驗，從降解效果圖4中可以看出，隨著摻雜量的變化，催化效率先增加再減少。可能是由于釩離子進入TiO2晶胞中，造成晶格缺陷，改變了能隙，從而增加了紫外光的利用率。當釩的量過大時，可能生成了釩的氧化物包覆在TiO2的表面，減少受光面積，而降低催化效率。
3.2溫度對材料催化性能的影響
將1%摻雜量制得的TiO2催化降解活性艷紅染料，其催化結果如下，樣品的催化性能先升后降，在40℃下材料具有最大的催化降解率，達到90%。
3.3PH值對材料催化性能的影響
盡管不同的pH值對納米二氧化鈦的晶型有影響，但是各樣品在紫外線下對活性艷紅的催化性能基本無差別。
4結論
實驗結果表明納米TiO2合成過程中，溫度，pH，釩的摻雜量等對結晶有較大影響。在V5+的摻雜量為1%，pH=6，溫度為100℃，溶解酸為HNO3的情況下可以制得銳鈦礦型的納米TiO2，晶形較好，納米晶粒尺寸約在3nm～～4nm之間。納米TiO2在低濃度的染料溶液中催化脫色效率在80%～90%之間，而且反應過程中，脫色速率基本衡定。
參考文獻
納米二氧化鈦范文6
tio2屬于一種n型半導體材料,它的禁帶寬度為3.2ev (銳鈦礦),當它受到波長小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射時,價帶的電子就會獲得光子的能量而躍遷至導帶,形成光生電子(e-);而價帶中則相應地形成光生空穴(h+),如圖1所示。tio2表面的光生電子e-易被水中溶解氧等氧化性物質所捕獲,而空穴h+則可氧化吸附于tio2表面的有機物或先把吸附在tio2表面的oh-和h2o分子氧化成·oh自由基,·oh自由基具有402.8mj/mol反應能,可破壞有機物中c-c、c-h、c-n、c-o、nh鍵,因而具有高效分解有機物的能力,有殺菌、除臭、光催化降解有機污染物的功能。
二、納米tio2光觸媒的特點
納米tio2具有較高的光催化反應活性,吸附能力也較強,可與污染物更充分地接觸,將它們極大限度地吸附在粒子表面。主要特點有:(1)作用廣譜,在光觸媒反應過程中,不僅能破壞生物因子,也能破壞各種有機化學物質;(2)在光觸媒反應過程中,二氧化鈦不參與反應,只起催化媒介作用,其本身并不隨時間延長而消耗,因此使用壽命持久;(3)經過納米技術工藝處理的觸媒,可在含有微弱紫外線的燈光、自然光、陽光等多種光源下發揮作用;(4)完全無害,由于納米二氧化鈦本身不釋放出有害物質且本身不參與反應,在反應過程中將所作用的物質完全氧化成無害的二氧化碳和水等無害物質,因此光觸媒作用對環境完全無害。
三、納米tio2光觸媒在建材領域中的應用
(一)光觸媒涂料
1.抗菌涂料
近年來,隨著人們環保意識的加強,綠色涂料已成為涂料行業發展的主流,水性涂料作為其主要品種也得到了長足的發展。但其防霉、防菌問題較為突出,如在貯存過程中生霉、長菌使得涂料的品質降低,在施涂后膜層生霉、長菌則使得涂層老化、外觀污損,甚至開裂、剝落,使涂料喪失原有的保護和裝飾功能。
納米tio2在光催化作用下具有分解病原菌和毒素的功能,它作為一種新型助劑應用于殺菌涂料中,賦予了制品持久、長效的抗菌、殺菌能力,是受到人們關注的新型礦物功能材料[1]。納米tio2涂料與傳統的鈦白粉相比,克服了產品在抗菌性、廣譜性、抗藥性和耐熱加工性等方面的缺陷,具有重要的使用價值。徐瑞芬等[2]將實驗室自制的抗菌納米tio2添加于苯-丙乳液中,經表面處理的抗菌納米tio2在乳液中能夠均勻分散,可充分發揮納米tio2的殺菌作用。
納米tio2不僅具有分解病原菌的能力,還能有效分解細菌釋放出的毒素。東京大學的藤島昭授等[3]在玻璃上涂一薄層tio2,光照射3h達到了殺死大腸桿菌的效果,毒素的含量控制在5%以下。此外,納米tio2本身無毒、無味、對人體安全無害,可將納米tio2抗菌涂料涂敷于醫院病房、手術室等場所的墻壁上,能很快消滅細菌,起到殺菌消毒的效果。
2.凈化空氣涂料
城市大氣中氮氧化物(nox)及硫氧化物(sox)的污染,已成為環保亟待解決的問題之一。研究表明,將納米tio2配制成光催化凈化大氣環保涂料,利用tio2光催化劑產生活性氧,并配合雨水的作用可將這些污染物變成hno3、h2so4而除掉。
在國外,納米tio2光催化方面的應用得到了快速發展,日本通用汽車公司donald beek等研究納米tio2除去汽車廢氣(含h2s)中硫的能力,在500℃的條件下經7h后從汽車廢氣中除去的總硫量比常規tio2除去的量大5倍。更值得注意的是在暴露7h后,納米tio2除出硫的速度仍相當高,也就是說用納米tio2作為涂料助劑不僅有良好凈化空氣的效果,且使用周期長,利用價值高。
國內,利用納米tio2制得的凈化空氣涂料也相應而生,邱星林等人[4]發現,采用有機硅樹脂與納米tio2復合而成的光催化涂料在太陽光照射條件下,可有效的降解大氣中的nox,反應如下:
tio2 + hv(e>ebg) e- + h+ ;
o2 + e- o2- (活性氧);
no2 + oh hno3 ;
no + ho2 hno3
楊陽等[5]利用納米二氧化鈦配制水性涂料,并進行紫外光催化降解空氣中的甲醛試驗。試驗結果表明:這種低成本的納米二氧化鈦復合涂料可以有效地分解甲醛。林勁冬等[6]用fe3+的丙酮溶液對商品銳鈦型二氧化鈦進行浸漬改性,制得fe-tio2光催化劑,將其加入硅酸鉀無機涂料體系中,得到一種光催化功能性建筑涂料。發現該功能涂料具有良好的可見光活性,能夠有效而持久地在普通日光燈環境下降解甲醛。
(二)自清潔玻璃
