纳米钛白研究热点及广阔的市场发展前景乌海
2022-08-30 12:09:18 德润机械网
纳米钛白研究热点及广阔的市场发展前景
纳米钛白(指单个粒子的直径小于100nm的钛白粉)自20世纪80年代后期问世以来，由于粒子的细小、比表面积的扩大而产生了较常规材料所不具备的特殊效应，如量子效应、隧道效应、独特的颜色效应，以及其所具有的光催化作用及紫外屏蔽等功能，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保、陶瓷、涂料等领域有着特殊的用途[1]。因此，近年来纳米钛白得到广泛的关注和研究[1,2]。
纳米钛白制备进展
通常将纳米钛白的制备方法大致分为两类:气相法和液相法[3,4]okmart.com。其中气相法包括气相氧化法和气相水解法。气相氧化法是将高纯度的四氯化钛高温下氧化，生成非常光亮的纳米二氧化钛，它适合大规模生产，但副产物的腐蚀性强，投资大，设备结构复杂，对材料要求高，要耐高温、耐腐蚀，装置难以维修，研究开发难度大；气相水解法是将高纯度的四氯化钛在氢焰中进行高温水解而制得纳米二氧化钛，它具有产品纯度高、工艺复杂和投资大的特点。
而液相法则包括均匀沉淀法、萃取法、溶胶-凝胶法等。均匀沉淀法以硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物——钛液为原料，外加金红石型二氧化钛晶种为促进剂，以十二烷基磺酸钠为表面活性剂，尿素为沉淀剂，制备出纳米金红石型二氧化钛粒子；萃取法也以硫酸法钛白生产过程的中间产品——钛液为原料，采用萃取法将TiO2转为有机物溶胶，再将此溶胶蒸馏制成纳米钛白粉体；溶胶-凝胶法一般以钛醇盐及无水乙醇为原料，加入少量水及不同的酸或有机聚合添加剂，经搅拌、陈化制成稳定的涂膜溶胶，再利用溶胶将TiO2附着在各种载体上。总的来讲，液相法较易控制纳米钛白的粒径，但生产周期长，产量低。目前，液相法是研究的重点和热点，其中获得工业应用的方法主要有以下几种。
1.1料浆法
料浆法是一种十分成熟的方法，目前，国内外多采用此法制备负载型催化剂。而采用料浆法制备纳米TiO2薄膜的具体过程是：以纳米TiO2粉末(一般是DegussaP25粉末)为原料，将其分散在加有添加剂的水中制成TiO2浆液，再将其负载在载体上，一定温度下干燥后，洗去附着不牢的TiO2粉末，即可用于光催化反应。此法的特点是：可保持DegussaP25粉末良好的光催化性能；涂层厚度不易控制。国外有人以DegussaP25粉末料浆为原料，用特定的浸渍-包覆仪将TiO2包覆在细紫外灯管外壁上并制成光催化反应器，用来降解染料，取得了较好的效果。国内在此方面也进行了大量的研究，希望能获得具有自洁净功能的涂料。
1.2液相沉淀法
液相沉淀法以硫酸法钛白粉厂的中间产品钛液(TiOSO4)为原料，以工业尿素为沉淀剂，生成偏钛酸沉淀，再加入大约0.01mol/L的硫酸和去离子水，以及溶胶剂与表面活性剂，然后絮凝分离、喷雾干燥、回转窑煅烧，获得纳米TiO2粒子。根据煅烧时所采用的不同温度，可以得到不同晶型的产品，其中550℃煅烧所得产物为锐钛矿晶型，大于750℃煅烧所得产物为金红石型。该方法制备的纳米TiO2粒径为(20～50)nm，收率达90%以上。
1.3溶胶-凝胶法(sol-gel)
溶胶-凝胶法是一种十分重要的方法，它一般以钛醇盐及无水乙醇为原料，加入少量水及不同的酸或有机聚合添加剂经搅拌、陈化制成稳定的涂膜溶胶。再利用溶胶将TiO2附着在各种载体上。溶胶-凝胶法的特点是：TiO2膜与载体结合牢固，不易脱落；控制灼烧温度可得到所需晶相的TiO2膜；膜的厚度可控制。当前采用溶胶-凝胶法技术可制得可控制膜的厚度的TiO2膜，并证明用其光催化降解乙醛光催化活性高于P25粉末，而且催化活性随着膜的厚度增加而提高。
对纳米二氧化钛粉末进行表面处理是纳米钛白工业化生产中必不可少的关键步骤。这是因为纳米二氧化钛粉末具有强极性，在极性介质中易于凝聚，从而影响其优异性能的发挥。因此，在实际应用中，必须对纳米二氧化钛粉末进行表面处理。表面处理的效果，包括对纳米二氧化钛处理的方法和包覆的程度直接影响产品的应用范围。目前惯用的处理措施是在其表面包覆一层无机物或有机物膜以避免粉末粒子的团聚，今后的研究重点在于修饰剂的合适选择、在通常条件下表面包覆的实现以及化学原理的理论研究等。
纳米二氧化钛在20世纪80年代开始已有国外企业开始生产，目前年需求量在万吨左右。据悉，在国际市场上，纳米二氧化钛的卖价在4万美元／t左右，成本为销售价格的2/5。我国现在有很多科研机构进行纳米钛白的研究，比如武汉大学通过完成国家“九五”计划攻关项目“敏感陶瓷电子元件用电子级二氧化钛的产业化”的攻关，目前已经装备了一些可供中试的装备，也建成了一个初具规模的厂房和充足水、电供应的中试基地，并在中试设备上完成了放大实验，成批地制备出了纳米级二氧化钛，现正由有关单位试用。当前国内最先进、最大的纳米二氧化钛生产线(设计年产200t)已经在攀枝花钢铁集团公司钢研院建成投产，生产出金红石型纳米钛白和锐钛型纳米钛白两大系列4个品种的产品，经检测表明质量技术指标和应用性能指标达到国际先进和国内领先水平。