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
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，两种晶型结构如图1.1所示。
AnataseOTia = 4.593? c = 2.959? Eg=3.1eV
ρ= 4.250 g/cm3
Rutile81.2178.129092.43a = 3.784 ? c = 9.515? Eg=3.3eV
ρ= 3.894 g/cm3
?G0f??212.6kcal/mol
?G0f??211.4kcal/mol
图1 二氧化钛的晶体结构
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。
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-xOHx+xC4H9OH
Ti(OC4H9)4-xOHx+Ti(OC4H9)4 (OC4H9)4-xTiOxTi(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。
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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。
本实验制备的纳米二氧化钛为白色粉末，晶型为锐钛矿相。 对比两种方法，探讨不同溶剂对材料制备的影响。
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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、思考题
（1）制备纳米二氧化钛有哪些方法？ （2）二乙醇胺的作用是什么？ （3）表面活性剂十二胺的作用是什么
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实验三 水热法制备纳米二氧化钛
