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        光觸媒的技術原理

        作者:總管理員 發布時間:2021-01-21 18:19:36點擊:
        光觸媒液其主要成分是納米二氧化鈦,制備二氧化鈦的方法有:
        沉淀法、溶膠凝膠法、W/O微乳液法、氣相反應法
        均勻沉淀法:以H2SO4法制備鈦白粉中的中間產物---鈦液為原料,外加金紅石型二氧化鈦晶種為
        促進劑,以十二烷基磺酸鈉表面活性劑、尿素為沉淀劑,制備出納米金紅石型二氧化鈦分子
        溶膠凝膠法:納米二氧化鈦合成一般以鈦醇鹽Ti (OR) 4 (R= -C2H5, -C3H7, -C4H9)為原料,其主要步驟是:鈦醇鹽溶于溶劑中形成均相溶液,以保證鈦醇鹽的水解反應在分子均勻的水解平上進行,由于鈦醇鹽在水中的溶解度不大,一般選用小分子醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作為溶劑,鈦醇鹽與水發生水解反應,同時發生失水和失醇縮聚反應,生成物聚集形成溶膠,經陳化,溶膠形成三維網絡而形成凝膠,干燥凝膠以除去殘余水分,有機基團和有機溶膠和水,得到納米二氧化鈦粉體。
        當無水乙醇為溶劑制備納米TiO2時,根據現在有研究結果,典型的試劑配比為:
        Ti (OC4H9)4:C2H5OH:H2O = 4:16:1
        使用這種工藝生產周期長、產量低、在生產過程中會使用大量無水乙醇等有機物,不適于生產純無機材料的光觸媒。
        蒸氣凝聚法:利用高頻等離子技術對工業二氧化鈦粗品進行加熱,使其汽化蒸發,再急速冷卻可得到納米級二氧化鈦。
        氣相氧化法:將高純度的TiCl4高溫下氧化來制備二氧化鈦,反應溫度、停留時間及泠卻速度等都將影響氣相氧化法得到的二氧化鈦的粒子形態。在研究中發現二氧化鈦隨著停留時間的延長和反應溫度升高而增大,金紅石型二氧化鈦含量隨停留時間延長而增加,當反應溫度達到1300℃時,金紅石型二氧化鈦含量出現最大。這種生產工藝方法能源消耗大,對設備腐蝕性強,投資大,并且設備結構復雜,材料要求耐高溫、耐腐蝕。
        TiCl4(g) + O2(g) ——> TiO2(g) + 2Cl2(g)
        n TiO2(g) ——> n TiO2(s)
        氣相水解法:氣相水解法又叫氣溶膠法,既可以使用TiCl4為原料,也可以使用 Ti(OR)為原料,其中約含銳鈦礦型70%,金紅石型30%,平均粒徑為30納米,比表面積為每克50平方米,氣相水解法不直接采用水蒸氣水解,而是靠氫氧焰燃燒生產的水蒸氣氣解,反應溫度高達1800℃以上,反應中可以通過調節溫度,料比,流量,反應時間等參數控制二氧化鈦的粒徑和晶型。但高純度的TiCl4在氫焰中進行高溫水解而制得的納米二氧化鈦,很難控制反應溫度和壓強,并且投資很大,工藝復雜。
        各種生產方式都有各自的特點:
        1、沉淀法:易產生物料局部濃度過高的現象,難以控制粒子的形態,而且生產過程中三廢嚴重。廠家處理污染成本很大。
        2、溶膠凝膠法:制備方法簡單,成本較低,溫度容易控制。
        加入硝酸水溶液作用:抑制水解;使得膠體粒子帶有正電荷,阻止膠粒凝聚。
        用此法制備溶膠穩定,但是生產出的光觸媒晶型難以控制,附著力差。
        3、W/O微乳液法:原料成本很高,工業化難度大。
        4、液相法:需要通過煅燒才能得到銳鈦型、金紅石型或混合晶型粒子,生產過程中極易導致粒子團聚或燒結。
        5、水解法:以TiCl4高溫氧化反應為主,能直接得到銳鈦型、金紅石型或混全晶型粒子,分離較困難,使用大量有機物,這種方法制成的光觸媒時效短,放置時間長會出現分層。
        生產技術難點
        1、分散技術。二氧化鈦不溶于水,如何均勻將納米二氧化鈦分散在水中。分散技術為企業的核心商業秘密。一般企業不能具備這種能力,因為對技術、設備要求非常高。
        2、規?;a的能力。實驗室里能生產出來的產品,不一定能規?;a,規?;纳a要低成本并能控制質量的穩定。
        主要分氣相法跟液相法。
        氣相法中的TiCl4氫氧火焰水解法,產品純度搞粒徑小,表面積大,分散性好,團聚程度較小,對設備材質要求較嚴,對工藝參數控制要求精確,因此產品成本較高。此外氣相法還有 TiCl4氣相氧化法,鈦醇鹽氣相水解法等。
        液相法中的水熱合成法制得的超細產品純度高,分散性好,晶型好且顆粒大小可控,但該法要經歷高溫過程,對設備的材質和安全要求較嚴。溶膠-凝膠法具有純度高,均勻性強,合成溫度低,反應條件易于控制,特別是制備工藝相對簡單,無需特殊貴重儀器,同時具有制得薄膜孔徑小,孔徑分布范圍窄等優點。
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