中國(guó)粉體網(wǎng)訊 自然環(huán)境中存在大量的細(xì)菌、真菌等微生物，這些微生物可能會(huì)直接或間接地導(dǎo)致人類產(chǎn)生多種疾病，對(duì)我們的身體健康造成了極大的隱患和威脅。傳統(tǒng)的滅菌方法比如紫外線滅菌法、高溫滅菌法等雖然可以殺滅一部分的細(xì)菌，但是存在成本高、會(huì)產(chǎn)生二次污染、人體有害、能耗大等問(wèn)題。在眾多無(wú)機(jī)摻雜劑中，納米TiO2具有良好的抗紫外性能、光催化性能、生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性、無(wú)毒以及抗菌性等優(yōu)點(diǎn)近幾十年受到相關(guān)研究人員的青睞。
化妝品級(jí)二氧化鈦（圖片來(lái)源：河南龍興鈦業(yè)科技股份有限公司）
納米二氧化鈦
TiO2是一種具有多種晶型的半導(dǎo)體金屬氧化物，在自然界中主要存在三種晶型，分別是銳鈦礦（四方晶系），金紅石（四方晶系）和板鈦礦（斜方晶系），三種晶型組成結(jié)構(gòu)均為[TiO6]八面體，不同之處在于[TiO6]八面體連接方式。板鈦礦和金紅石型由[TiO6]八面體共頂點(diǎn)和共邊組成，銳鈦礦型由[TiO6]八面體共邊組成。
三種晶型結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致性質(zhì)上也有很大的不同，其中最穩(wěn)定的晶型是金紅石型，結(jié)構(gòu)致密，其密度、硬度、折射率和介電常數(shù)都高于板鈦礦和金紅石型，因而用途廣泛，需求量最大；板鈦礦在650℃條件下高溫煅燒時(shí)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的金紅石型，銳鈦礦向金紅石的轉(zhuǎn)化溫度視煅燒過(guò)程中添加劑而定，常溫下銳鈦礦具有相對(duì)穩(wěn)定的晶型結(jié)構(gòu)和較好的光催化性質(zhì)，也具有良好的產(chǎn)品性能和廣泛用途，而板鈦礦由于熱穩(wěn)定性較差，在工業(yè)上沒有實(shí)用價(jià)值，因而研究較少。
二氧化鈦晶胞結(jié)構(gòu)示意圖：（a）銳鈦礦，（b）金紅石和（c）板鈦礦
納米二氧化鈦的制備
隨著納米TiO2在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，研究人員對(duì)其制備方法也展開研究，現(xiàn)已經(jīng)制備出多種結(jié)構(gòu)的納米TiO2，包括納米球、納米花、納米纖維、納米管和納米棒等。以下是常見的幾種納米二氧化鈦粉體制備方法：
（1）溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法由于能夠控制復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)而得到廣泛的應(yīng)用，具有反應(yīng)溫度低、流程簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)品顆粒分布均勻等優(yōu)勢(shì)；這種方法主要是基于一種金屬醇鹽的水解和縮聚，最終在一定條件下生成氫氧化物或氧化物，主要包含四個(gè)步驟：前軀體合成、溶膠、凝膠和高溫煅燒。溶膠-凝膠法制備的納米二氧化鈦本質(zhì)上是無(wú)定形的，需高溫煅燒得到金紅石型的納米顆粒。
（2）水熱合成法
水熱合成法是在聚四氟乙烯反應(yīng)容器中，以水或其他溶液作為溶劑，將反應(yīng)器放在加熱設(shè)備中進(jìn)行加熱，料液在高溫高壓的反應(yīng)條件下，先溶解再結(jié)晶，最后分離得到產(chǎn)物。水熱法制備納米二氧化鈦的前驅(qū)體通常為鈦酸四丁酯、四氯化鈦、異丙醇鈦，溶劑為去離子水或鹽酸；該方法制備的納米顆粒不易聚集，晶粒尺寸小。
（3）水解法
水解法是指鈦鹽在低溫下直接水解得到TiO2。在經(jīng)過(guò)離心、洗滌、干燥、煅燒、研磨等步驟后可直接得到目標(biāo)產(chǎn)物。水解法選用的鈦鹽一般為四異丙醇鈦、鈦酸四丁酯、四氯化鈦等，其中TiCl4存在水解迅速、不易控制的問(wèn)題，而前驅(qū)體選擇金屬醇鹽時(shí)制備出來(lái)的樣品粒徑小、分布均勻，是理想的鈦源之一。
（4）均勻沉淀法
均勻沉淀法利用化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的晶粒均勻緩慢地形成。制備納米二氧化鈦時(shí)，以無(wú)機(jī)鈦酸鹽或有機(jī)鈦醇鹽為鈦源，NaOH溶液、氨水、尿素等為沉淀劑，反應(yīng)生成TiO(OH)沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒后得到金紅石相納米二氧化鈦。反應(yīng)過(guò)程中，控制好生成沉淀的速度，就可得到純度高、粒徑小、分布均勻的產(chǎn)品。
（5）微乳液法
微乳液是由以下四部分：水或溶液、油、表面活性劑和助表面活性劑，所組成的透明的、熱力學(xué)穩(wěn)定的體系。根據(jù)連續(xù)相和分散相的不同，可以分為正向水包油相微乳液法（O/W）和反向油包水相微乳液法（W/O）。制備納米二氧化鈦時(shí)常采用反向微乳液法，其最大特點(diǎn)是在其內(nèi)核可增溶水，形成水核，化學(xué)反應(yīng)就在水核內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)水核內(nèi)粒子生長(zhǎng)到一定尺寸，表面活性劑分子將吸附在納米粒子表面，使其穩(wěn)定并阻止其生長(zhǎng)。
（6）噴霧熱解法
噴霧熱解法是利用鈦醇鹽作為前驅(qū)體，使用靜電超聲等設(shè)備將反應(yīng)物霧化，使其變成極其微小的液滴，再隨載氣進(jìn)入到反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)水解后，最后得到目標(biāo)產(chǎn)物的一種方法。
納米二氧化鈦的應(yīng)用
（1）光催化特性的應(yīng)用
日常生活中產(chǎn)生的汽車尾氣和工業(yè)生產(chǎn)等帶來(lái)的氮氧化物和硫化物多種氣體，對(duì)空氣帶來(lái)很多環(huán)保問(wèn)題，對(duì)TiO2而言，其光催化作用可以將這些造成污染的氣體氧化，然后在降雨過(guò)程中除去，達(dá)到凈化空氣的目的。由于在紫外光照射下，TiO2表面形成的羥基自由基可以破壞有機(jī)物質(zhì)，參與細(xì)胞膜的脂質(zhì)氧化過(guò)程，待細(xì)胞膜被降解后，進(jìn)一步對(duì)細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)等產(chǎn)生降解作用，因此TiO2也具有抗菌作用，抗菌時(shí)間長(zhǎng)且安全無(wú)毒，被廣泛應(yīng)用在抗菌陶瓷、抗菌涂料中。
（2）紫外線屏蔽特性的應(yīng)用
納米TiO2顆粒因粒徑較小，能級(jí)帶隙寬度位于紫外區(qū)，因此對(duì)紫外線具有散射和吸收性能，使其可以作為紫外線屏蔽劑加入化妝品、塑料和涂料中，起到美白防曬、提高耐老化和耐候性的作用。
（3）高折射率特性的應(yīng)用
TiO2因具有高折射率和良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是制備高折射率納米復(fù)合材料常用的無(wú)機(jī)組分，高折射率納米復(fù)合材料結(jié)合有機(jī)基體和無(wú)機(jī)組分的特性，不僅具有優(yōu)異的光學(xué)性能，還可以提高有機(jī)發(fā)光二極管光提取效率，在顯示照明、抗反射涂層和光學(xué)透鏡等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
（4）其他應(yīng)用
太陽(yáng)能作為世界上取之不盡的清潔能源，研究對(duì)太陽(yáng)能的利用可以有效應(yīng)對(duì)能源短缺的問(wèn)題。納米TiO2不僅具有合適的禁帶寬度，而且光電化學(xué)穩(wěn)定性良好、制作工藝簡(jiǎn)單，可以作為電子收集和傳輸材料。近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借制造成本低和效率高等優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域受到極大的關(guān)注。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，納米TiO2通常用于制作空穴阻擋層和電子傳輸層。
小結(jié)：
納米二氧化鈦不同于粒徑為200–400nm的顏料級(jí)鈦白粉，由于其顆粒粒徑小于100nm，具有一般納米材料的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等效應(yīng)，因此，納米二氧化鈦擁有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和物理化學(xué)等性能。近年來(lái)隨著研究的深入，納米二氧化鈦的獨(dú)特性能得到廣泛的關(guān)注和開發(fā)，在涂料、塑料、化妝品和電池等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。
參考來(lái)源：
1、李化全，邱貴寶等.二氧化鈦制備技術(shù)研究進(jìn)展
2、尹金坤.元素?fù)诫s納米二氧化鈦的抗菌性能研究
3、田玥.微反應(yīng)技術(shù)合成化妝品級(jí)納米二氧化鈦的研究
4、史瑞雪.納米二氧化鈦分散液的制備及應(yīng)用性能研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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