纳米二氧化钛的制备及其应用探究

邢慧晋

（攀钢集团研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

纳米二氧化钛价格低廉，资源丰富，透明性良好，磁性、热导性较强，熔点、紫外线吸收性低，具有较为良好的抗菌作用，是新型光催化无极功能材料，使用期间不会有自身损耗出现，故而得到了广泛应用。本文探讨了纳米二氧化钛的多种制备方法及其在各个领域之中的应用。

1 纳米二氧化钛制备方法

1.1 气相法

1.1.1 气相水解法

气象水解法的原理为：将四氯化钛气体导入700℃～1000℃的高温氢氧焰中，通过高温水解进行纳米二氧化钛的制备，或是将钛醇盐水解反应朝着气相反应中转移。该工艺通常能够产生金红石与锐钛矿的混合型粉体晶型，具有较高的自动化程度和较短的生产过程。然而，因该工艺期间存在较高温度，加之生成的氯化氢会严重腐蚀设备，有着较高的设备材质要求，故而在工业化生产中未能得到广泛应用。

1.1.2 钛醇盐气相分解法

该方法在原料钛醇盐的加热气化之后，将氦气、氮气或氧气作为载气，预热钛醇盐蒸汽后朝着热分解炉导入，通过热分解反应可完成纳米二氧化钛粒子的制备。该工艺具有较快的反应速度，可连续生产，然而在设备型式、材质及加热方面仍需再次改进，且原料价格也颇为昂贵。

1.1.3 等离子体化学合成法

该方法是在等离子体产生的超高温的运用下将气体反应激发，并在等离子体高温区与周边环境庞大的温度梯度的运用下，借助急冷作用完成纳米微粒制备的方法[1]。在反应热等离子体的运用下可得到球形外观、颗粒分布均匀、分散性较好的纳米二氧化钛粒子，粒径处于20～200nm范围内。该方法无杂质引入，可得到多种活性组分，纳米粒子具有较高的纯度。

1.2 液相法

1.2.1 微乳液法

依托表面活性剂的作用，水溶液在油相中高度分散，形成透明热力学稳定体系。在两种不互溶溶剂的运用下，依托表面活性剂作用可推动均匀乳液的形成。该方法设备简单、操作容易、无需加热，能够得到可控、易于纯化、粒径小、分布均匀的产品，但是却存在难以制备稳定的微乳液体系这一弊端。

1.2.2 沉淀法

该方法是将OH-等沉淀剂加入可溶性盐溶液中，使溶液在一定温度下发生水解，完成不溶性水合氧化物或氢氧化物的生成，在抽滤、洗涤、烘干、焙烧工艺完成之后，可完成纳米粒子的制备。该方法成本相对偏低，但是工艺路线较长，易有杂质引入，且粒径分布较广。

1.2.3 水热法

该方法是在密闭反应釜中，将水当作反应介质，依托一定温度、压力，溶解难溶或不溶物质并重结晶，持续一段时间的恒温，并在洗涤、干燥之后可将纳米粉体制得。该方法能够直接将结晶良好、分散性佳、纯度高的纳米粉体得到，同时能够控制颗粒大小[2]。

2 纳米二氧化钛的应用

2.1 环境废水处理

纳米二氧化钛材料在产生自紫外光照射下的表面羟基强氧化能力的作用下，可对各类复杂有机物进行分解、降解。借助二氧化碳实施光催化氧化处理，能够将防腐剂、除草剂、洗涤剂、有机磷、卤代物、有机氯、含氮有机物、燃料、羟酸、烃类和表面活性剂等日常生活有害物质朝着无毒CO2、H2O、HCl等产物转化。因此，在各类废水中均匀分散纳米二氧化钛粉或是在载体上固定纳米二氧化钛光催化剂，都能对水体中各类有害物质进行有效净化，推动水体净化目的的实现。

2.2 化妆品中的应用

纳米二氧化钛不但可将紫外线吸收，还可反射、散射。相关研究结果显示，纳米二氧化钛在阻隔长波区紫外线时，主要是以散射进行的，而阻隔中波区紫外线则是通过吸收。因此，将二氧化碳添加至化妆品中，对粒径有着一定要求。通常情况下，紫外线屏蔽的粒径应以10～60nm为佳，但是还需对其分散性、透明性等性能予以考虑。

纳米二氧化钛不但能将紫外光屏蔽，同时也具备无毒性、化学性质稳定等特点，在化妆品中添加纳米二氧化钛，可发挥一定的防晒作用，且不会刺激皮肤。因此，化妆品领域中，纳米二氧化钛凭借其优势成为了运用最广、前景最好的无机原料。

2.3 塑料中的应用

日常生活中，厨房用品、食品包装袋等塑料制品的运用十分广泛，但是这类物品滋生细菌的可能性极高，故而必须对此类材料严格落实抗菌杀毒加工[3]。纳米二氧化钛在太阳光特别是紫外光照射下，会有光催化反应产生，可将有机物分解，达到抗菌杀毒的效果。因此，在塑料制品中添加纳米二氧化钛，可实现表面自洁、抗菌杀毒的作用。

纳米二氧化钛能透过可见光将紫外光屏蔽，若是将纳米二氧化钛添加在塑料食品包装材料中，不但可透过透明塑料对食品直接观察，同时也能避免食品变质过早。此外，加入纳米二氧化钛也不会导致塑料出现变色、材料老化。加之纳米二氧化钛无毒，热稳定性、化学稳定性较高，因此使用十分安全。属于理想型的抗菌塑料添加料。

2.4 城市生活垃圾处理

垃圾堆放场内的有机污染物十分多，必须实施无害化处理。但是，一般生物法处理技术却难以有效降解个别污染物。而在纳米二氧化钛催化技术的实施下，降解期间其表面会有水体最强氧化能力的氢氧根自由基产生，对反应物基本无选择性。因此，该技术优势十分显著。如将紫外线杀菌灯当作光源，在二氧化碳膜固定相、锐钛型二氧化碳粉末悬浮相等处理方式的运用下，以实验水体为对象实施光催化氧化试验。通过结果可知，在垃圾填埋场渗滤液中采用光催化氧化技术进行深度处理，可行性极高。加之该技术可将一般生物处理无法分解的色素、COD等氧化，能促使处理水质与国家一级排放标准相符合。

2.5 医疗卫生保健中的应用

纳米二氧化钛作为新型抗菌材料之一，备受关注。根据纳米二氧化钛催化剂的抗菌试验结果得知，含量为1.0mg/L、pH为5.0的纳米二氧化钛溶液，持续60min的超声波作用，可实现高达95%的大肠杆菌灭杀率，持续75min作用后几乎能够达到100%的大肠杆菌灭杀率。银、铜等常用抗菌材料，尽管能够灭杀菌类细胞，然而细菌死后却会有些许有毒成分释放出来，如内毒素等危害人体的物质[4]。而在纳米二氧化钛光催化剂的运用下，不但能将细菌有效灭杀，同时还可将细胞中释放出的毒素有效降解。

2.6 涂料中的应用

将纳米材料加入涂料之中，可使涂膜抗腐蚀性能、机械强度、耐候性、附着力及耐光性等性能得到显著提升。而添加至涂料中后的纳米二氧化钛，不但能将自身清除有害气体、自洁杀菌、防紫外等能力发挥，同时也能进一步提升涂料自身的防水耐酸性等性质。

二氧化碳混合铝粉颜料等片状颜料之后，能够将丰富、美丽的色彩赋予涂层，在豪华轿车闪光面漆中十分适用。纳米二氧化钛可进行自洁、除污、杀菌的抗菌防污涂料的制造，在细菌秘籍且易繁殖的内墙涂饰中适用。同时，由于纳米二氧化钛是具备半导体性质的粒子，在树脂中加入后能够形成具有较好静电屏蔽作用的涂层，可在家用电器上涂覆。此外，纳米二氧化钛还可进行隐身涂料的制作，在隐形飞机、军舰等国防工业中十分适用。

3 结语

有关纳米二氧化钛的研究方面，我国尽管起步较晚，然而相关工作人员却将其制备、应用作为了重要研究项目，不断深入的研究，所的成果十分显著。日益发展的科技技术水平下，纳米二氧化钛制备工艺也必然能更为完善，其在工业生产、日常生活中凭借自身优势也必然能够发挥显著的作用，推动经济与社会效益的提升。