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-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。 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。
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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。
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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。
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实验三 水热法制备纳米二氧化钛 - 图文
