实验三水热法制备纳米二氧化钛

实验三⽔热法制备纳⽶⼆氧化钛⼀、实验⽬的

1、了解⽔热法制备纳⽶⼆氧化钛的原理、⽅法和操作2、掌握根据实验原理选择实验装置的⼀般⽅法。⼆、实验原理

⽔热法，通常是指在密闭的反应体中，以⽔作为反应介质，将反应器加热到⼀定温度，使反应器中具有⼀定填充度的⽔溶剂膨胀充满整个容器⽽产⽣很⾼压⼒的条件下，进⾏⽆机合成和材料制备的⼀种⾼效的⽅法。具有操作简单，⽅便分⼦设计，可⽤于⾦属氧化⽆纳⽶材料的合成。其实质是使纳⽶粒⼦在⾼温⾼压下从饱和溶液中⽣长出来。

TiO2在⾃然界中存在三种晶体结构：⾦红⽯型、锐钛矿型和板钛矿型，其中⾦红⽯型和锐钛矿型TiO2均具有光催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳。⼆氧化钛的⽤途极为⼴泛，⽬前已经⽤于化⼯、环保、医药卫⽣、电⼦⼯业等领域。纳⽶⼆氧化钛具有良好的紫外线吸收能⼒，且具有很好的光催化作⽤,因⽽可以⽤做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。本实验纳⽶⼆氧化钛制备原理如下:Ti(OC4H9)4+2H2O TiO2+4C4H9OH可分为两个独⽴的反应，即：

Ti(OC4H9)4+xH2O Ti(OC4H9)4-x OH x+xC4H9OH

Ti(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OH 当x=4时⽔解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持⾜够量的⽔保证醇盐⽔解完全。三、主要仪器与药品1．仪器

磁⼒加热反应器，⽔热反应釜（60ml），250ml烧杯，100ml量筒，电⼦分析天平, pH试纸。2．试剂

钛酸丁酯(化学纯)；⼆⼄醇胺、⼗⼆胺(化学纯)；氨⽔(稀释⾄30％)、⽆⽔⼄醇（分析纯），去离⼦⽔。四、操作步骤⽅法⼀：

在盛有0.5g表⾯活性剂⼗⼆胺的烧杯中加⼊20ml⼆次蒸馏⽔, 在磁⼒搅拌下使之充分溶解(可以适当加热，然后加⼊氨⽔调节pH值⾄10。迅速加⼊钛酸丁酯溶液(Ti(OC4H9)4，使Ti4+的浓度为0.25mol/L，M=340.36)，搅拌30min，⽣成胶状沉淀。将杯中沉淀物放⼊⽔热反应器(内衬聚四氟⼄烯的不锈钢⾼压锅)内，置于烘箱中，120℃加热4h,取出⽔热反应器⾃然冷却⾄室温。取出⽣成物，分别⽤⼆次蒸馏⽔和⽆⽔⼄醇洗涤，洗⾄中性。在80℃下⼲燥，得到⼆氧化钛纳⽶晶体，称重，计算产率。⽅法⼆：

称取5g钛酸四丁酯（CH3CH2O)4Ti）加⼊到装有1.0ml⼆⼄醇胺的⼲燥的⼩烧杯中（100ml或50ml），加20ml⽆⽔⼄醇，搅拌使钛酸四丁酯溶解后，继续搅拌1h，形成⽆⾊透明溶胶。将溶胶转移到⽔热反应器(内衬聚四氟⼄烯的不锈钢⾼压锅)内，置于烘箱中，180℃加热4h，取出⽔热反应器⾃然冷却⾄室温。取出⽣成物，分别⽤⼆次蒸馏⽔和⽆⽔⼄醇洗涤，洗⾄中性。在80℃下⼲燥，得到⼆氧化钛纳⽶晶体，称重，计算产率。备注：

本实验全班同学分为两组进⾏对⽐两种⽅法，探讨不同溶剂（⽔和⼄醇）对材料制备的影响。本实验制备的纳⽶⼆氧化钛为⽩⾊粉末，晶型为锐钛矿相。五、注意事项

1、加完钛酸四丁酯后（可能会出现液体边缘稍微变⽩，如⽆明显⽩⾊块状属于正常现象），⽴即加⼊⽆⽔⼄醇，防⽌钛酸四丁酯吸收空⽓中的⽔分⽔解；

2、由于环境温度的影响，如果1h后还未成为具有⼀定粘度的溶胶，则可以适当加热（45℃-60℃）促进溶胶的形成，但防⽌加热时间过长形成凝胶。六、实验记录

产率= ⼆氧化钛纳⽶粉体的实际产量/ 理论产量

七、思考题

（1）制备纳⽶⼆氧化钛有哪些⽅法？

答：纳⽶⼆氧化钛的制备⽅法可分为：⽓相法和液相法两⼤类。

⽓相制备法：低压⽓体蒸发法、活性氢-熔融⾦属反应法、溅射法、流动液⾯上真空蒸发法、钛醇盐⽓相⽔解法、TiCl4⾼温⽓相⽔解法、钛醇盐⽓相分解法、TiCl4⽓相氧化法、

液相法：沉淀法、共沉淀法（液相沉淀法）、均匀沉淀法、⽔热法（⾼温⽔解法）、溶胶-凝胶法、微乳液法（2）⼆⼄醇胺的作⽤是什么？

答：作表⾯活性剂，类似⽅法1中的⼗⼆胺的作⽤。（3）表⾯活性剂⼗⼆胺的作⽤是什么

答：表⾯活性剂，反应的时候能吸附在TiO2表⾯，阻⽌TiO2团聚并能改善其形貌，容易得到粒径⼩且为球型或近球型的TiO2颗粒。