中國粉體網(wǎng)訊 自然環(huán)境中存在大量的細菌、真菌等微生物，這些微生物可能會直接或間接地導致人類產生多種疾病，對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菌，但是存在成本高、會產生二次污染、人體有害、能耗大等問題。在眾多無機摻雜劑中，納米TiO2具有良好的抗紫外性能、光催化性能、生物相容性、化學穩(wěn)定性、無毒以及抗菌性等優(yōu)點近幾十年受到相關研究人員的青睞。
化妝品級二氧化鈦（圖片來源：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），三種晶型組成結構均為[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]八面體共頂點和共邊組成，銳鈦礦型由[TiO6]八面體共邊組成。
三種晶型結構的差異導致性質上也有很大的不同，其中最穩(wěn)定的晶型是金紅石型，結構致密，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℃條件下高溫煅燒時轉化為穩(wěn)定的金紅石型，銳鈦礦向金紅石的轉化溫度視煅燒過程中添加劑而定，常溫下銳鈦礦具有相對穩(wěn)定的晶型結構和較好的光催化性質，也具有良好的產品性能和廣泛用途，而板鈦礦由于熱穩(wěn)定性較差，在工業(yè)上沒有實用價值，因而研究較少。
二氧化鈦晶胞結構示意圖：（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在各領域的廣泛應用，研究人員對其制備方法也展開研究，現(xiàn)已經(jīng)制備出多種結構的納米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合氧化物的結構和表面性質而得到廣泛的應用，具有反應溫度低、流程簡單、成本低、產品顆粒分布均勻等優(yōu)勢；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上是無定形的，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容器中，以水或其他溶液作為溶劑，將反應器放在加熱設備中進行加熱，料液在高溫高壓的反應條件下，先溶解再結晶，最后分離得到產物。水熱法制備納米二氧化鈦的前驅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)過離心、洗滌、干燥、煅燒、研磨等步驟后可直接得到目標產物。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、不易控制的問題，而前驅體選擇金屬醇鹽時制備出來的樣品粒徑小、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反應，使溶液中的晶粒均勻緩慢地形成。制備納米二氧化鈦時，以無機鈦酸鹽或有機鈦醇鹽為鈦源，NaOH溶液、氨水、尿素等為沉淀劑，反應生成TiO(OH)沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒后得到金紅石相納米二氧化鈦。反應過程中，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常采用反向微乳液法，其最大特點是在其內核可增溶水，形成水核，化學反應就在水核內進行，當水核內粒子生長到一定尺寸，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。
（6）噴霧熱解法
噴霧熱解法是利用鈦醇鹽作為前驅體，使用靜電超聲等設備將反應物霧化，使其變成極其微小的液滴，再隨載氣進入到反應器中，經(jīng)過水解后，最后得到目標產物的一種方法。
納米二氧化鈦的應用
（1）光催化特性的應用
日常生活中產生的汽車尾氣和工業(yè)生產等帶來的氮氧化物和硫化物多種氣體，對空氣帶來很多環(huán)保問題，對TiO2而言，其光催化作用可以將這些造成污染的氣體氧化，然后在降雨過程中除去，達到凈化空氣的目的。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物質，參與細胞膜的脂質氧化過程，待細胞膜被降解后，進一步對細胞內的細胞質等產生降解作用，因此TiO2也具有抗菌作用，抗菌時間長且安全無毒，被廣泛應用在抗菌陶瓷、抗菌涂料中。
（2）紫外線屏蔽特性的應用
納米TiO2顆粒因粒徑較小，能級帶隙寬度位于紫外區(qū)，因此對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）高折射率特性的應用
TiO2因具有高折射率和良好的熱穩(wěn)定性等特點，是制備高折射率納米復合材料常用的無機組分，高折射率納米復合材料結合有機基體和無機組分的特性，不僅具有優(yōu)異的光學性能，還可以提高有機發(fā)光二極管光提取效率，在顯示照明、抗反射涂層和光學透鏡等領域具有廣泛的應用。
（4）其他應用
太陽能作為世界上取之不盡的清潔能源，研究對太陽能的利用可以有效應對能源短缺的問題。納米TiO2不僅具有合適的禁帶寬度，而且光電化學穩(wěn)定性良好、制作工藝簡單，可以作為電子收集和傳輸材料。近年來，鈣鈦礦太陽能電池憑借制造成本低和效率高等優(yōu)點，在太陽能電池研究領域受到極大的關注。在鈣鈦礦太陽能電池中，納米TiO2通常用于制作空穴阻擋層和電子傳輸層。
小結：
納米二氧化鈦不同于粒徑為200–400nm的顏料級鈦白粉，由于其顆粒粒徑小于100nm，具有一般納米材料的表面效應、體積效應和量子尺寸效應等效應，因此，納米二氧化鈦擁有優(yōu)異的光學、熱學、電學、力學和物理化學等性能。近年來隨著研究的深入，納米二氧化鈦的獨特性能得到廣泛的關注和開發(fā)，在涂料、塑料、化妝品和電池等行業(yè)有著廣泛應用。
參考來源：
1、李化全，邱貴寶等.二氧化鈦制備技術研究進展
2、尹金坤.元素摻雜納米二氧化鈦的抗菌性能研究
3、田玥.微反應技術合成化妝品級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用性能研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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