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1学号：2008040327哈尔滨师范大学学士学位论文题目纳米TiO2环保涂料现状学生马井堂指导教师王春梅讲师年级2008级专业材料化学系别材料化学系学院化学化工学院2哈尔滨师范大学学士学位论文开题报告论文题目纳米TiO2环保涂料现状学生姓名马井堂指导教师王春梅讲师年级2008级专业材料化学2012年3月3课题来源：在教师指导下自拟题目课题研究的目的和意义：近年来，国内外关于多孔碳材料这一科技的研究已成为新材料研究的热点。通过对多孔碳材料的合成与吸附的研究，以及在其他领域多孔碳材料的应用，展望了多孔碳材料的应用前景和在未来各种科学领域的发展。国内外同类课题研究现状及发展趋势：自从上个世纪，人们对于功能材料的研究就表现出了极大的兴趣，并进行了广泛的研究，而对于碳纤维，多孔碳材料的研究开发已有二十余年。虽目前国内关于多孔碳材料的研究还处于初步阶段，但关于多孔碳材料的各种成功制备和应用，都可以说明多孔碳材料的研究得到了很大进步和发展。碳纤维，炭复合材料有着各种优良的性能和形态,尤其是具有很高的比强度,兼有纤维本身优良的机械性能和作为炭素材料的优良机械性能及物理化学性能。而多孔碳材料因其多孔的结构特性，除具有以上性能外，还具有其他一些优良性能。例如泡沫碳纤维制品是利用碳纤维短丝同粘合剂复合,经固化、碳化及后加工等工艺过程制备的。它具有一定的刚性,表面平整,有一定抗压、抗弯强度,抗腐蚀、抗冲击性能好。耐气流冲刷,有良好的自支撑性,使用寿命长,成本低,易于大量生产。其预制件或半成品能象金属板那样贮存,而且成型容易,边料可进行再加工利用。多空碳纤维材料的性能明显优于其他制品，因此多孔碳材料的合成与吸附的研究是十分必要的。自从多孔碳材料发现以来，关于多孔碳材料的研究不断取得重要进展，在各个领域都表现出许多令人振奋的性能和潜在的应用前景。4课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：本课题的主要内容是多孔碳材料的合成与吸附，通过查阅相关文献来进行研究课题研究起止时间和进度安排：3月03日—确定论文题目3月17日—上交开题报告3月03日—4月15日搜集查找材料（有关书籍、文献和查找有关网站）4月05日—中期检查4月15日—5月01日写论文5月05日—5月09日修改论文5月10日—5月15日做最后的论文完成工作5月18日—5月19日审查并出稿5月22日答辩5课题研究所需主要设备、仪器及药品：外出调研主要单位，访问学者姓名：哈尔滨师范大学图书馆哈尔滨工业大学图书馆哈尔滨工业大学化学系黑龙江大学图书馆黑龙江省图书馆6指导教师审查意见：本论文选题重要，创新性强，论文内容结构合理，论点正确，证据充分，写作清晰，达到了学士学位论文水平。指导教师（签字）年月教研室（研究室）评审意见：____________教研室（研究室）主任（签字）年月院（系）审查意见：____________院（系）主任（签字）年月7学士学位论文题目纳米TiO2环保涂料现状学生马井堂指导教师王春梅讲师年级2008级专业材料化学系别材料化学系学院化学化工学院哈尔滨师范大学2012年5月8纳米TiO2环保涂料现状马井堂摘要:概述了纳米ＴｉＯ。的制备方法，比较了各种制各方法的优缺点，介绍了纳米ＴｉＯ。因其良好的抗菌杀菌作用、空气净化作用、抗老化作用，广泛应用于涂料领域的研究进展。关键词:纳米ＴｉＯ2制备环保涂料研究进展前言近些年，纳米材料因其优异的性能和广泛的用途越来越受到人们的关注。纳米ＴｉＯ2由于具有良好的抗紫外线能力、白度好、透光性好、化学活性高、分散性好等特点，在陶瓷材料、催化剂载体、高级涂料等许多领域中得到广泛应用，但纳米ＴｉＯ2：的制备、应用开发仍是材料学领域关注的课题。１纳米Ｔｉ０2的制备方法1.1水热法水热法是制备纳米氧化物的重要方法，是在密闭高压反应环境中，以水或水～有机溶剂混合体系为反应介质，在一定温度及压力下，使前驱物质溶解，进行重结晶。水热法通常是在高压反应釜内进行。在这个密闭体系中，其压力主要依赖于体系的组成和温度。在水热条件下制得的粉体具有分散且结晶良好、晶粒粒径小且分布均匀、不需高温锻烧等特点［１］，能够实现粉体粒径、晶型等特性的可控性，但对设备要求比较高，操作复杂，能耗大，因而成本比较高。董祥等［２］报道了利用水热法在钛箔表面制备了三维网状结构的ＴｉＯ。纳米线薄膜，并对样品进行了表征，拓展了ＴｉＯ2纳米薄膜的应用领域；朱琳等嘲报导了以硫酸钛和尿素为原料制备介孔二氧化钛，并对其进行表征。结果表明，在水热合成温度为１８０℃下，水热合成２ｈ制备出的二氧化钛在１８０℃下煅烧２～３ｈ后，得到的样品颗粒表面均匀，形状规则，孔径规整；沈晶晶等［４］报道了以二钛酸钾经离子交换得到的无定形水合二钛酸为原料，与葡萄糖溶液在２２０℃下进行水热反应，再在空气中５２０℃煅烧，制备出介孔ＴｉＯ。，并对其进行了表征，结果表明其具有［收稿日期】２０１０—０４—２７［作者简介］郧海丽（１９８１一），女，实验师，从事物理化学及分析测试工作。微米级棒状或针状形貌，并提高了其热稳定性，实验评价了其光催化性能，发现其活性与商用ＴｉＯ2催化剂Ｐ２５相当，且其较大的粒径更易回收再利用。1.2溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法是目前研究得最多的制备方法，也是制备纳米ＴｉＯ。最常用的方法。9以钛醇盐或钛的无机盐为原料，经水解和缩聚得溶胶，再进一步缩聚得凝胶，凝胶经干燥、煅烧得纳米Ｔｉ０２粒子。这种方法制得的粉体纯度高、颗粒细、分散好，但同时存在不稳定、易发生团聚的缺点，并且在后处理过程中需要高温烧结，不能在不耐高温的基底材料上制备。王旭同报道了采用溶胶一凝胶法制备ＴｉＯ2。，并对其进行了表征，结果表明，制得的ＴｉＯ。具有锐钛型晶体结构并具有较高的光催化活性；向芸等同报导了采用溶胶一凝胶与冷冻干燥法制备纳米ＴｉＯ。粉体，并对其进行表征，结果发现得到分散性好、粒径小和光催化性能好的粉体；吴宁等用报道了结合溶胶一凝胶法和静电纺丝工艺，制备了聚醋酸乙烯酯／ＴｉＯ：杂化纳米纤维，经３００￣７００℃的焙烧后得到ＴｉＯ2纳米纤维，并对其成分、晶型、形貌进行了表征，对其紫外透射率进行了测试。1.3液相水解法液相水解法是以ＴｉＣｌ或ＴｉＯＳＯ为原料，配制成一定浓度后，加入碱溶液进行中和水解，形成的ＴｉＯ水合物经解聚、洗涤、干燥和煅烧处理后得到不同晶型的纳米ＴｉＯ2。产品。这种方法原料范围广，产品的成本较低，不过工艺路线长，自动化程度较低，可控难度较大。张天宇蜘报道了以ＴｉＣｌ和正辛醇为原料，通过液相水解法制备出粒径较小、分散性较好的纳米ＴｉＯ：第８期郧海丽常永芳：纳米Ｔｉ０２的制备及其在环保涂料方面的研究进展粉体，并对其特性的影响因素（煅烧温度、煅烧时间、ＴｉＣ１浓度、水解温度）进行探讨；张娜［９］报导了采用ＴｉＣ１水解法生成ＴｉＯ2处理织物，结果表明，处理后的织物的导热系数都有显著提高；刘忠士［０］报道了将微波加热法引入ＴｉＯ2的水解反应中，比较了传统加热和微波加热对水解产生Ｔｉ０2粒子的粒度形貌和晶型的影响，实验显示，微波加热制得的ＴｉＯ2粒子分散性更好，粒径更小，金红石晶型含量更高。Ryoo首次用MCM一48为模板合成了介孔碳材料(CMK一1)。由于MCM一48具有两套不相连通的孔道组成，这些孔道将变成碳材料的固体部分，而MCM一48中氧化硅部分则会变成碳材料的孔道。因此CMK一1并不是MCM一48真正的复制品，而是其反转品。在脱除MCM一48的氧化硅过程中，其结晶学对称性下降[4]，后续的研究表明与所用的碳前驱物有关，其中一个具有I41/a对称性[5]。1.4沉淀法沉淀法一般以ＴｉＣ１或Ｔｉ（Ｓ０４）等无机钛盐为原料，将碱性物质加入到钛盐溶液中，生成不溶性的Ｔｉ（０Ｈ）沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、煅烧得到纳米ＴｉＯ2。该方法制备纳米ＴｉＯ2操作简单、重现性好、粒径可控、性能稳定。张汝冰Ⅱ叮报道了采用均匀沉淀法以偏钛酸为原料制备纳米ＴｉＯ2，所制得的纳米微晶平均粒径为８．５１３１１１，并能在７００℃保持锐钛矿型晶体结构，并具有较好的催化活性；李牧［?幻介绍了以硫酸法制备ＴｉＯ中间产物为原料，尿素为沉淀剂，用均匀沉淀法及煅烧工艺，制备纳米金红石型ＴｉＯ2粒子，该设备工艺成本低、操作简单、产品质量好，易于实现工业化；刘平安等㈣报道了采用微波加热均匀沉淀法，以钛液为原料，尿素为沉淀剂制备锐钛型的纳米ＴｉＯ2。，并对其晶体结构和形貌进行表征，分析微波功率、微波辐射的连续性以及尿素配比对ＴｉＯ2粒子的影响，实验表明，10微波功率越大、连续性越高、尿素配比越大，收率越高，但ＴｉＯ粒径变化不明显。使用SBA一15合成六方的介孔碳(CMK一3)，由于二维孔道的SBA一15孔壁上有微孔，因也可以用作复制稳定结构介孔碳的硬模板。CMK一3是碳前驱物完全充满SBA一15的孔道而形成的具有二维六角排列的碳纳米棒阵列。如果模板是二维孔道的McM一41，由于其直孔道相互没有连通，则在除去模板的过程中，介孔碳的结构会发生坍塌，因此得到的碳材料为无序的碳棒(柱)的堆积。1.5名故荨Ｌ液法微乳液法是近几年发展起来较为流行的制备纳米Ｔｉ０２的方法，它是以不溶于水的非极性物质为分散介质，以不同于反应物的水溶液为分散相，以适当的表面活性剂为乳化剂，形成微乳液，由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程。用微乳液法制备纳米微粒具有操作简单、易于控制、粒径较小且均匀、粒子分散性好、光催化性能好等特点，但这种方法消耗的试剂多，成本较高。牛新书等以ＴｉＣｌ为原料，在ｃＴＡＢ／正丁醇／环己烷／水组成的微乳体系中合成了纳米Ｔｉｏ２，制得的ＴｉＯ2微粒具有良好的光催化氧化性能；益帼报导了以ＴｉＣ１为原料，在ＯＰ－ＩＯ／正戊醇／环己烷／水（溶液）组成的反相微乳液体系中制备纳米ＴｉＯ2，并对其进行表征，结果表明，当体系含水量较高时，产物粒度较小且分布均匀，适当陈化可使产物粒度变小，分布变窄：范金山［－６］报道了以ＴｉＣ１为原料，在以阴离子表面活性剂——十六烷基三甲基溴化胺为主的微乳体系中合成了纳米ＴｉＯ2，并对其光催化降解率进行实验，结果显示，在１ｈ内对罗丹明Ｂ的光催化降解率可达９８９６以上。２纳米Ｔｉ０２在环保涂料中的应用2.1抗菌杀菌作用纳米ＴｉＯ2。的杀菌作用是利用光催化作用产生的空穴和形成于表面的活性氧类与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应从而导致细菌死亡，与常用杀菌剂相比，杀菌效果迅速，能彻底杀灭细菌。用纳米的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解细菌释放出的有毒复合物。才红［－７］报道了采用物理掺合黼０备ｌ＂ｉｏＪＺｎＯ／苯丙乳液复合内墙涂料，并对其性能进行了研究，结果表明，改性后的有机一无机复合内墙涂料对混合菌的抑菌效果最为显著，而且自清洁性能和负离子释放能力也较好；徐瑞芬［１８］报导了将实验自制的抗茵纳米ＴｉＯ2添加于苯一丙乳液制成抗菌涂料，杀菌测试结果表明，该抗菌涂料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢的杀菌率均达到９９９６以上。2.2空气净化作用纳米ＴｉＯ作为空气净化材料可有效地降解室内居室装饰产生的氨气、甲醛、苯类化合物等有害气体，它通过光催化作用将吸附于表面的这些物质分解氧化，从而使空11气中这类有害物质的浓度降低，净化室内空气，减轻或消除因这些有害气体引起的不适。徐瑞芬［１９］报道研究了纳米Ｔｉ０２光催化剂复合涂料降解氨气、甲醛和苯类化合物及抗菌防霉的性能，结果表明，该涂料对甲醛、氨气和苯类化合物的降解效率均可达到９０％以上，对多种有害细菌具有杀菌彻底性和长效性；耿启金［２ｏ１报道了利用高速分散技术制备纳米ＴｉＯ。改性多功能建筑涂料，并对其性能进行测试，结果表明该涂料对低浓度气态污染物氨和甲醛具有较高的降解率，且降解为无害的小分子物质；刘永屏报道了利用纳米ＴｉＯ：改性内墙生态涂料，不仅提高了涂料原有的性能，并且具有优异的净化空气、杀菌抑菌等功能，也能对居室装饰带来的有害气体污染起到改善作用。2.3抗老化作用抗老化性能是涂料的一项重要性能。材料的老化是多方面的，包括紫外