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光触媒的技术原理

作者:总管理员 发布时间:2021-01-21 18:19:36点击:
光触媒液其主要成分是纳米二氧化钛,制备二氧化钛的方法有:
沉淀法、溶胶凝胶法、W/O微乳液法、气相反应法
均匀沉淀法:以H2SO4法制备钛白粉中的中间产物---钛液为原料,外加金红石型二氧化钛晶种为
促进剂,以十二烷基磺酸钠表面活性剂、尿素为沉淀剂,制备出纳米金红石型二氧化钛分子
溶胶凝胶法:纳米二氧化钛合成一般以钛醇盐Ti (OR) 4 (R= -C2H5, -C3H7, -C4H9)为原料,其主要步骤是:钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液,以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水解平上进行,由于钛醇盐在水中的溶解度不大,一般选用小分子醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂,钛醇盐与水发生水解反应,同时发生失水和失醇缩聚反应,生成物聚集形成溶胶,经陈化,溶胶形成三维网络而形成凝胶,干燥凝胶以除去残余水分,有机基团和有机溶胶和水,得到纳米二氧化钛粉体。
当无水乙醇为溶剂制备纳米TiO2时,根据现在有研究结果,典型的试剂配比为:
Ti (OC4H9)4:C2H5OH:H2O = 4:16:1
使用这种工艺生产周期长、产量低、在生产过程中会使用大量无水乙醇等有机物,不适于生产纯无机材料的光触媒
蒸气凝聚法:利用高频等离子技术对工业二氧化钛粗品进行加热,使其汽化蒸发,再急速冷却可得到纳米级二氧化钛。
气相氧化法:将高纯度的TiCl4高温下氧化来制备二氧化钛,反应温度、停留时间及泠却速度等都将影响气相氧化法得到的二氧化钛的粒子形态。在研究中发现二氧化钛随着停留时间的延长和反应温度升高而增大,金红石型二氧化钛含量随停留时间延长而增加,当反应温度达到1300℃时,金红石型二氧化钛含量出现最大。这种生产工艺方法能源消耗大,对设备腐蚀性强,投资大,并且设备结构复杂,材料要求耐高温、耐腐蚀。
TiCl4(g) + O2(g) ——> TiO2(g) + 2Cl2(g)
n TiO2(g) ——> n TiO2(s)
气相水解法:气相水解法又叫气溶胶法,既可以使用TiCl4为原料,也可以使用 Ti(OR)为原料,其中约含锐钛矿型70%,金红石型30%,平均粒径为30纳米,比表面积为每克50平方米,气相水解法不直接采用水蒸气水解,而是靠氢氧焰燃烧生产的水蒸气气解,反应温度高达1800℃以上,反应中可以通过调节温度,料比,流量,反应时间等参数控制二氧化钛的粒径和晶型。但高纯度的TiCl4在氢焰中进行高温水解而制得的纳米二氧化钛,很难控制反应温度和压强,并且投资很大,工艺复杂。
各种生产方式都有各自的特点:
1、沉淀法:易产生物料局部浓度过高的现象,难以控制粒子的形态,而且生产过程中三废严重。厂家处理污染成本很大。
2、溶胶凝胶法:制备方法简单,成本较低,温度容易控制。
加入硝酸水溶液作用:抑制水解;使得胶体粒子带有正电荷,阻止胶粒凝聚。
用此法制备溶胶稳定,但是生产出的光触媒晶型难以控制,附着力差。
3、W/O微乳液法:原料成本很高,工业化难度大。
4、液相法:需要通过煅烧才能得到锐钛型、金红石型或混合晶型粒子,生产过程中极易导致粒子团聚或烧结。
5、水解法:以TiCl4高温氧化反应为主,能直接得到锐钛型、金红石型或混全晶型粒子,分离较困难,使用大量有机物,这种方法制成的光触媒时效短,放置时间长会出现分层。
生产技术难点
1、分散技术。二氧化钛不溶于水,如何均匀将纳米二氧化钛分散在水中。分散技术为企业的核心商业秘密。一般企业不能具备这种能力,因为对技术、设备要求非常高。
2、规模化生产的能力。实验室里能生产出来的产品,不一定能规模化生产,规模化的生产要低成本并能控制质量的稳定。
主要分气相法跟液相法。
气相法中的TiCl4氢氧火焰水解法,产品纯度搞粒径小,表面积大,分散性好,团聚程度较小,对设备材质要求较严,对工艺参数控制要求精确,因此产品成本较高。此外气相法还有 TiCl4气相氧化法,钛醇盐气相水解法等。
液相法中的水热合成法制得的超细产品纯度高,分散性好,晶型好且颗粒大小可控,但该法要经历高温过程,对设备的材质和安全要求较严。溶胶-凝胶法具有纯度高,均匀性强,合成温度低,反应条件易于控制,特别是制备工艺相对简单,无需特殊贵重仪器,同时具有制得薄膜孔径小,孔径分布范围窄等优点。
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