正鈦酸的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

伍　雪，藍(lán)德均

(攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，四川　攀枝花　617000)

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正鈦酸的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

伍雪，藍(lán)德均

(攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，四川攀枝花617000)

綜述了正鈦酸的理化性質(zhì)、制備方法及應(yīng)用。正鈦酸作為兩性物質(zhì)，具有很高的反應(yīng)活性，正逐漸成為學(xué)術(shù)界在新型能源方面的研究重點(diǎn)。從正鈦酸的制備及應(yīng)用出發(fā)，詳細(xì)介紹了在正鈦酸制備過程中中間物TiOSO4溶液的制備、以氫氧化鈉或氨水作反應(yīng)劑制備正鈦酸以及不產(chǎn)生中間物而制備出正鈦酸的情形。同時，詳細(xì)介紹了正鈦酸在鈦酸鹽陶瓷、TiO2光催化劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。

正鈦酸；性質(zhì)；制備；應(yīng)用

正鈦酸，白色非晶態(tài)固體，無定型化合物，又稱為α鈦酸。正鈦酸是兩性物質(zhì),可溶于熱濃堿液中，在常溫下溶于稀鹽酸、稀硫酸等無機(jī)酸和酸性較強(qiáng)的有機(jī)酸中。在水和醇中不溶，但在水中易轉(zhuǎn)化為膠體。正鈦酸經(jīng)熱水洗滌、加熱或長時間真空干燥失水而轉(zhuǎn)變?yōu)槠佀?。一般室溫下由可溶性鈦化合物沉淀出正鈦酸，但若溫度稍高，如高?0 ℃，生成物則部分或全部轉(zhuǎn)化為偏鈦酸[1-2]。但正鈦酸因其反應(yīng)活性高，作為新型能源的重要原材料之一，正逐漸成為學(xué)術(shù)研究者的研究重點(diǎn)。本文綜述了正鈦酸在制備以及應(yīng)用等方面的進(jìn)展。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1TiOSO4溶液的制備

國內(nèi)制備TiOSO4溶液主要有兩種方法。其一，向工業(yè)偏鈦酸中加入5%的氨水及2%～5%的稀鹽酸溶液除掉偏鈦酸中雜質(zhì)，在磁力攪拌條件下加熱至95 ℃，使沉淀與濃硫酸充分反應(yīng)，完全溶解后即得TiOSO4溶液。為了得到符合要求的TiOSO4溶液，部分雜質(zhì)可通過加入適量的活性炭除去[3-4]。其二，加入適量的濃硫酸于工業(yè)偏鈦酸中，磁力攪拌并加熱。待溶液沸騰30 min后，可以看見偏鈦酸大部分溶解。將制得的溶液靜置兩周左右，固液分離后即得符合要求的TiOSO4溶液[5]。

1.2正鈦酸的制備(由TiOSO4溶液)

1.2.1氫氧化鈉作反應(yīng)劑

1.2.2氨水作反應(yīng)劑

在磁力攪拌條件下，將0.1%～0.5% 的以乙烯醚、十二烷基苯磺酸為主要成份的自制新型表面活性劑中加入所制備的TiOSO4溶液中，待溶液反應(yīng)一段時間后，慢慢地加入10%的氨水溶液，直到溶液pH值為5～7。此時即得到正鈦酸前驅(qū)體[10-11]。

特別注明，用蒸餾水稀釋TiOSO4溶液4～6倍，并在磁力攪拌條件下快速加入氨水，直至pH調(diào)節(jié)至3～5，也可以得到白色的正鈦酸沉淀。但與前面的方法相比，此方法存在以下缺陷：(1)制備同等質(zhì)量的正鈦酸，本方法所需氨水量偏多；(2)此方法所制備的正鈦酸在純凈度方面趕不上前面的方法；(3)此方法對操作人員技術(shù)要求過高，實(shí)驗(yàn)失敗的可能性較大。

1.3正鈦酸的制備

除了上面介紹的向TiOSO4溶液中加入NaOH溶液制備正鈦酸的方法外，還可通過把堿液直接加入偏鈦酸溶液中制取。此方法的原理主要是偏鈦酸與堿液反應(yīng)生成正鈦酸鈉，而溶液中的水又會和正鈦酸鈉反應(yīng)，水解后生成氫氧化鈉和正鈦酸[12-14]。雖然此種方法所制備的正鈦酸純度不是很高，但仍可將該正鈦酸用來制備熱穩(wěn)定性好、分散性好、粒度均勻的混晶型二氧化鈦納米催化劑。相對而言，此種方法使得生產(chǎn)納米二氧化鈦工藝更為簡單，極大程度降低了生產(chǎn)成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

2　正鈦酸的應(yīng)用

2.1在陶瓷方面的應(yīng)用

通過正鈦酸制備鈦酸鹽的方法主要有兩種。其一，以氨水、雙氧水為溶劑，硝酸鹽為鹽源，正鈦酸為鈦源，通過一系列反應(yīng)制備出鈦酸鹽粉體[15]。此方法制得的粉體晶粒尺寸約為20 nm，反應(yīng)時間短，操作簡單，且反應(yīng)所使用的雙氧水?dāng)?shù)量與采用復(fù)合過氧化物法相比，明顯減少。此方法適合大規(guī)模生產(chǎn)，有較高的實(shí)用價值。第二種方法，向正鈦酸中加入適量草酸，在一定溫度和pH條件下，反應(yīng)生成草酸氧鈦，而鹽類的氯化物與草酸氧鈦反應(yīng)又會生成草酸氧鈦酸鹽沉淀。這時，將獲得的草酸氧鈦酸鹽進(jìn)行高溫煅燒，就可以得到鈦酸鹽[16-18]。此法的優(yōu)點(diǎn)之一就是生產(chǎn)成本明顯低于將偏鈦酸作為鈦源的過程。

2.2在TiO2光催化劑方面的應(yīng)用

近年來，隨著有關(guān)氧化鈦電極上光分解水的相關(guān)論文的發(fā)表，TiO2的研究一度成為熱點(diǎn)[19]。研究表明，二氧化鈦具有催化殺菌、有機(jī)污染物廢水處理、空氣凈化以及自潔凈的作用。由此，不難看出，二氧化鈦的合理利用可以緩解環(huán)境污染[20-21]。其中，二氧化鈦的作用之一，即具有催化殺菌作用，不僅能縮短細(xì)菌的生命力，還能破壞其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，徹底殺死細(xì)菌[22]。

在制備二氧化鈦的過程中，大多數(shù)方法是以鈦醇鹽為前驅(qū)體，但該方法會導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，無法達(dá)到廣泛的應(yīng)用。為降低成本，可使用更為方便的正鈦酸。由正鈦酸通過膠溶法制備出納米TiO2薄膜，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)具有固定催化劑可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)[23]；(2)由于其尺寸細(xì)微而具有納米效應(yīng)和高活性[24-26]；(3)不會存在懸浮相催化劑容易中毒和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)等。因此，此種方法可得到廣泛的應(yīng)用。

將正鈦酸和尿素的混合物進(jìn)行高溫煅燒，對二氧化鈦進(jìn)行摻雜，可制備出光催化效率顯著提高的氮摻雜納米二氧化鈦。另外，使用相同方法可制備出具有抗菌自潔能力的載銀納米二氧化鈦薄膜，該薄膜對甲基橙的光催化降解率相比其它薄膜而言，有著明顯的提高。其中，尤以硝酸銀的摻雜效果較優(yōu)，而3%又為最佳載銀量[27-28]。

3　結(jié)　語

一直以來，正鈦酸因其為兩性氫氧化物，且反應(yīng)活性高，在制備納米二氧化鈦方面表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)而受到研究者的關(guān)注。但在如何制備出更高純度的正鈦酸方面，仍需探索。目前，關(guān)于正鈦酸在鈦酸鹽陶瓷以及納米二氧化鈦薄膜等方面的應(yīng)用研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這應(yīng)該引起相關(guān)領(lǐng)域研究者的注意。基于正鈦酸優(yōu)良的理化性質(zhì)，隨著研究的深入，它必將展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

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Research Progress on Preparation and Application of Titanic Acid

WU Xue, LAN De-jun

(Department of Biological and Chemical Engineering, Panzhihua University, Sichuan Panzhihua 617000, China)

The physical, chemical properties and the preparation methods of the titanic acid were reviewed. Titanic acid became the research focus in new energy source because of its high reactive activity and amphoteric property. For the preparation and application of titanic acid, the information was introduced on TiOSO4solution preparation as intermediate product of the process, reactions with NaOH or NH3·H2O, and the preparation of titanic acid without the intermediate. Furthermore, the application of the titanic acid in the field of ceramics, titanium dioxide photo-catalyst was introduced in detail.

titanic acid; property; preparation; application

伍雪(1994-)，女，無機(jī)功能材料方向。

藍(lán)德均(1975-)，男，博士，副教授，主要從事太陽能電池研究。

TQ134.11

A

1001-9677(2016)014-0026-03