納米二氧化鈦的制備及其應用探究

邢慧晉

（攀鋼集團研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

納米二氧化鈦價格低廉，資源豐富，透明性良好，磁性、熱導性較強，熔點、紫外線吸收性低，具有較為良好的抗菌作用，是新型光催化無極功能材料，使用期間不會有自身損耗出現，故而得到了廣泛應用。本文探討了納米二氧化鈦的多種制備方法及其在各個領域之中的應用。

1 納米二氧化鈦制備方法

1.1 氣相法

1.1.1 氣相水解法

氣象水解法的原理為：將四氯化鈦氣體導入700℃～1000℃的高溫氫氧焰中，通過高溫水解進行納米二氧化鈦的制備，或是將鈦醇鹽水解反應朝著氣相反應中轉移。該工藝通常能夠產生金紅石與銳鈦礦的混合型粉體晶型，具有較高的自動化程度和較短的生產過程。然而，因該工藝期間存在較高溫度，加之生成的氯化氫會嚴重腐蝕設備，有著較高的設備材質要求，故而在工業化生產中未能得到廣泛應用。

1.1.2 鈦醇鹽氣相分解法

該方法在原料鈦醇鹽的加熱氣化之后，將氦氣、氮氣或氧氣作為載氣，預熱鈦醇鹽蒸汽后朝著熱分解爐導入，通過熱分解反應可完成納米二氧化鈦粒子的制備。該工藝具有較快的反應速度，可連續生產，然而在設備型式、材質及加熱方面仍需再次改進，且原料價格也頗為昂貴。

1.1.3 等離子體化學合成法

該方法是在等離子體產生的超高溫的運用下將氣體反應激發，并在等離子體高溫區與周邊環境龐大的溫度梯度的運用下，借助急冷作用完成納米微粒制備的方法[1]。在反應熱等離子體的運用下可得到球形外觀、顆粒分布均勻、分散性較好的納米二氧化鈦粒子，粒徑處于20～200nm范圍內。該方法無雜質引入，可得到多種活性組分，納米粒子具有較高的純度。

1.2 液相法

1.2.1 微乳液法

依托表面活性劑的作用，水溶液在油相中高度分散，形成透明熱力學穩定體系。在兩種不互溶溶劑的運用下，依托表面活性劑作用可推動均勻乳液的形成。該方法設備簡單、操作容易、無需加熱，能夠得到可控、易于純化、粒徑小、分布均勻的產品，但是卻存在難以制備穩定的微乳液體系這一弊端。

1.2.2 沉淀法

該方法是將OH-等沉淀劑加入可溶性鹽溶液中，使溶液在一定溫度下發生水解，完成不溶性水合氧化物或氫氧化物的生成，在抽濾、洗滌、烘干、焙燒工藝完成之后，可完成納米粒子的制備。該方法成本相對偏低，但是工藝路線較長，易有雜質引入，且粒徑分布較廣。

1.2.3 水熱法

該方法是在密閉反應釜中，將水當作反應介質，依托一定溫度、壓力，溶解難溶或不溶物質并重結晶，持續一段時間的恒溫，并在洗滌、干燥之后可將納米粉體制得。該方法能夠直接將結晶良好、分散性佳、純度高的納米粉體得到，同時能夠控制顆粒大小[2]。

2 納米二氧化鈦的應用

2.1 環境廢水處理

納米二氧化鈦材料在產生自紫外光照射下的表面羥基強氧化能力的作用下，可對各類復雜有機物進行分解、降解。借助二氧化碳實施光催化氧化處理，能夠將防腐劑、除草劑、洗滌劑、有機磷、鹵代物、有機氯、含氮有機物、燃料、羥酸、烴類和表面活性劑等日常生活有害物質朝著無毒CO2、H2O、HCl等產物轉化。因此，在各類廢水中均勻分散納米二氧化鈦粉或是在載體上固定納米二氧化鈦光催化劑，都能對水體中各類有害物質進行有效凈化，推動水體凈化目的的實現。

2.2 化妝品中的應用

納米二氧化鈦不但可將紫外線吸收，還可反射、散射。相關研究結果顯示，納米二氧化鈦在阻隔長波區紫外線時，主要是以散射進行的，而阻隔中波區紫外線則是通過吸收。因此，將二氧化碳添加至化妝品中，對粒徑有著一定要求。通常情況下，紫外線屏蔽的粒徑應以10～60nm為佳，但是還需對其分散性、透明性等性能予以考慮。

納米二氧化鈦不但能將紫外光屏蔽，同時也具備無毒性、化學性質穩定等特點，在化妝品中添加納米二氧化鈦，可發揮一定的防曬作用，且不會刺激皮膚。因此，化妝品領域中，納米二氧化鈦憑借其優勢成為了運用最廣、前景最好的無機原料。

2.3 塑料中的應用

日常生活中，廚房用品、食品包裝袋等塑料制品的運用十分廣泛，但是這類物品滋生細菌的可能性極高，故而必須對此類材料嚴格落實抗菌殺毒加工[3]。納米二氧化鈦在太陽光特別是紫外光照射下，會有光催化反應產生，可將有機物分解，達到抗菌殺毒的效果。因此，在塑料制品中添加納米二氧化鈦，可實現表面自潔、抗菌殺毒的作用。

納米二氧化鈦能透過可見光將紫外光屏蔽，若是將納米二氧化鈦添加在塑料食品包裝材料中，不但可透過透明塑料對食品直接觀察，同時也能避免食品變質過早。此外，加入納米二氧化鈦也不會導致塑料出現變色、材料老化。加之納米二氧化鈦無毒，熱穩定性、化學穩定性較高，因此使用十分安全。屬于理想型的抗菌塑料添加料。

2.4 城市生活垃圾處理

垃圾堆放場內的有機污染物十分多，必須實施無害化處理。但是，一般生物法處理技術卻難以有效降解個別污染物。而在納米二氧化鈦催化技術的實施下，降解期間其表面會有水體最強氧化能力的氫氧根自由基產生，對反應物基本無選擇性。因此，該技術優勢十分顯著。如將紫外線殺菌燈當作光源，在二氧化碳膜固定相、銳鈦型二氧化碳粉末懸浮相等處理方式的運用下，以實驗水體為對象實施光催化氧化試驗。通過結果可知，在垃圾填埋場滲濾液中采用光催化氧化技術進行深度處理，可行性極高。加之該技術可將一般生物處理無法分解的色素、COD等氧化，能促使處理水質與國家一級排放標準相符合。

2.5 醫療衛生保健中的應用

納米二氧化鈦作為新型抗菌材料之一，備受關注。根據納米二氧化鈦催化劑的抗菌試驗結果得知，含量為1.0mg/L、pH為5.0的納米二氧化鈦溶液，持續60min的超聲波作用，可實現高達95%的大腸桿菌滅殺率，持續75min作用后幾乎能夠達到100%的大腸桿菌滅殺率。銀、銅等常用抗菌材料，盡管能夠滅殺菌類細胞，然而細菌死后卻會有些許有毒成分釋放出來，如內毒素等危害人體的物質[4]。而在納米二氧化鈦光催化劑的運用下，不但能將細菌有效滅殺，同時還可將細胞中釋放出的毒素有效降解。

2.6 涂料中的應用

將納米材料加入涂料之中，可使涂膜抗腐蝕性能、機械強度、耐候性、附著力及耐光性等性能得到顯著提升。而添加至涂料中后的納米二氧化鈦，不但能將自身清除有害氣體、自潔殺菌、防紫外等能力發揮，同時也能進一步提升涂料自身的防水耐酸性等性質。

二氧化碳混合鋁粉顏料等片狀顏料之后，能夠將豐富、美麗的色彩賦予涂層，在豪華轎車閃光面漆中十分適用。納米二氧化鈦可進行自潔、除污、殺菌的抗菌防污涂料的制造，在細菌秘籍且易繁殖的內墻涂飾中適用。同時，由于納米二氧化鈦是具備半導體性質的粒子，在樹脂中加入后能夠形成具有較好靜電屏蔽作用的涂層，可在家用電器上涂覆。此外，納米二氧化鈦還可進行隱身涂料的制作，在隱形飛機、軍艦等國防工業中十分適用。

3 結語

有關納米二氧化鈦的研究方面，我國盡管起步較晚，然而相關工作人員卻將其制備、應用作為了重要研究項目，不斷深入的研究，所的成果十分顯著。日益發展的科技技術水平下，納米二氧化鈦制備工藝也必然能更為完善，其在工業生產、日常生活中憑借自身優勢也必然能夠發揮顯著的作用，推動經濟與社會效益的提升。