文 献 综 述

一、研究背景

纳米材料是近年来快速发展起来并受到大家广泛关注的一种新兴功能材料。它的粒径在1~100nm之间,处于原子簇与宏观物体交界的过渡状态，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，因而具有一些新的物理化学特性，在某些性能方面比传统材料更加优越^[3]。它的一个重要特征就是随着粒径的减小，其表面原子数迅速增大，表面积、表面能和表面结合能也随之增大；此外,由于纳米材料表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，所以易与其它原子相结合，从而趋于稳定，具有较高的化学活性。纳米材料对一些金属离子具有很强的吸附能力^[3]，并且在较短的时间内即可达到吸附平衡，这是因为纳米粒子有极高的表面能与扩散率，粒子间能充分接近；同时,由于其比表面积很大,所以比一般的吸附材料有更大的吸附容量^[7]。总之，纳米材料是一种较为理想、颇有潜力的固相吸附材料。

二、纳米TiO₂的合成方法

纳米二氧化钛是白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。TiO₂有三种晶型：锐钛矿、金红石和板钛矿。这三种晶型的基本结构单元是TiO₆八面体，区别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。锐钛矿是正方晶系，金红石是正方晶系，板钛矿是斜方晶系。天然TiO₂的各晶体具有不同的结晶形态，锐钛矿呈双锥状，金红石呈短柱状、长柱状或针状，板钛矿呈板状。锐钛矿和板钛矿都属于亚稳相，在高温下向金红石转变。

纳米粉体的制备方法可以分为物理法和化学法，而化学法中根据反应体聚集状态的不同又分为气相法和液相法，在此不对物理方法进行赘述，仅介绍溶胶-凝胶法（液相法）合成纳米TiO₂。

l 溶胶#8212;凝胶法^[14]

溶胶#8212;凝胶法是近年来被广泛采用的一种纳米TiO₂的制备方法。其基本原理是以钛醇盐或钛的无机盐为前驱物质，经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶胶进一步缩聚得到凝胶，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，得到TiO₂粒子。将TiO₂粉在一定温度下进行热处理，得到锐钛矿或金红石TiO₂晶体。钛盐的水解过程可看作是双分子亲核取代反应，其反应历程^[18]如下：