引言：

二氧化鈦是一種多功能的精細(xì)化工原材料，具有優(yōu)異的理化性質(zhì)（如高折光率、高介電性、壓電性、高熔點(diǎn)）等以及應(yīng)用性能如（光學(xué)性能、顏料性能、電學(xué)性能、光催化性能、半導(dǎo)體性能）等，從而廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、橡膠、造紙、化纖、搪瓷、冶金、電子工業(yè)、醫(yī)藥食品、化妝品、化工、建材等眾多領(lǐng)域。

主題：

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，許多應(yīng)用領(lǐng)域都展現(xiàn)出了對(duì)二氧化鈦的品種、質(zhì)量指標(biāo)和應(yīng)用性能愈來(lái)愈高的要求。這些要求概括起來(lái)，就是期望二氧化鈦高性能化和高功能化。

要達(dá)到高性能化和高功能化的目的，則需滿(mǎn)足下面部分或全部條件：①高純化；②亞微細(xì)化和/或超微細(xì)化；③粒徑分布均勻化(具有單分散性)；④多品種、多用途和專(zhuān)用化；⑤表面改性化；⑥材料復(fù)合化。下文將對(duì)這幾個(gè)概念做簡(jiǎn)單概述。

①二氧化鈦純化

二氧化鈦的高純度，指的并非其二氧化鈦主含量的問(wèn)題，而是其在具體應(yīng)用要求下某些雜質(zhì)的含量的控制問(wèn)題。

例如，對(duì)顏料級(jí)TiO₂，其主含量TiO₂可能只有80-90%，甚至70%以上(其他成分大量是鹽處理劑、表面處理劑或包核物)，但對(duì)影響其白度和可能引起光色互變現(xiàn)象的一些金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)氧化物卻要求甚嚴(yán)又如；材料工業(yè)中用于制造金紅石單晶體、半導(dǎo)體及功能陶瓷用的高純二氧化鈦，主含量TiO₂≥99.8%以上，而雜質(zhì)含量則在10^-5～10^-6數(shù)量級(jí)再如，在醫(yī)藥、食品、化妝品工業(yè)中所用TiO₂，對(duì)有毒有害元素，如Pb、Hg、As含量要求特別嚴(yán)格，分別為0.001%，0.0001%和0.0003%。

鈦白粉可用于食品添加劑，有增白效果

高純二氧化鈦制備方法：一般以精TiCl₄為原料，對(duì)TiCl₄深加工，進(jìn)行直接水解，TiCl₄氣相氧化，氣相水解（所謂火焰水解法），或者先制備鈦醇鹽再水溶液水解或熱分解等方法制取高純TiO₂。因?yàn)?/span>TiCl₄沸點(diǎn)低（137℃），易于精餾除去高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)氯化物，達(dá)到99.99%以上的TiCl₄純度。如用硫酸法，則比較困難和麻煩，需用萃取法對(duì)硫酸鈦液進(jìn)行提純。

②二氧化鈦超微細(xì)化

二氧化鈦超微細(xì)化后會(huì)衍生出一些不一般的很有用的特殊性質(zhì)，例如：超微細(xì)TiO₂的熔點(diǎn)會(huì)降低，這對(duì)于熔焰法制取TiO₂單晶體，及TiO₂和鈦酸鹽的半導(dǎo)化是有利的；超微細(xì)TiO₂在涂料漆膜中具有透光性，可生產(chǎn)出“閃光涂料”用作汽車(chē)的高級(jí)漆料；超微細(xì)TiO₂具有對(duì)紫外線(xiàn)的吸收和屏蔽作用，因此被用作化妝品的防曬劑，摻入透明薄膜塑料，利用其透過(guò)可見(jiàn)光，阻擋紫外光的作用，做成食品包裝袋，既能看見(jiàn)內(nèi)裝食品，又可以久存不變質(zhì)；利用超微細(xì)TiO₂巨大的比表面積，作為催化劑和/或催化劑載體，可提高催化活性和選擇性，這是當(dāng)前催化領(lǐng)域研究中的一個(gè)熱門(mén)課題。

↓↓↓超微細(xì)二氧化鈦的制備方法

③尺寸分布均勻化

超微細(xì)和亞微細(xì)TiO₂希望粒度分布窄而均勻，即所謂單分散性或單一尺寸，要求不要有團(tuán)聚粒子存在。粒度分布不均，特別是有團(tuán)聚粒子存在，對(duì)TiO₂的使用性能非常有害。

使粒度分布狹窄并消除團(tuán)聚現(xiàn)象的方法，一般有:①采取合適的制備方法并控制好工藝條件；②濕法合成時(shí)添加表面活性劑，通過(guò)空間位阻效應(yīng)和/或雙電層斥力作用防團(tuán)聚并使粒子均勻細(xì)化；③采取特殊的洗滌和干燥方法，如用醇、丙酮等有機(jī)溶劑洗滌擠水法、冷凍干燥法、超臨界流體干燥法等；④進(jìn)行水熱處理或非均相共沸蒸餾；⑤超聲氣流粉碎并加入表面活性劑進(jìn)行表面處理和修飾，或進(jìn)行超聲波處理。

④多品種化和專(zhuān)用化

不用用途時(shí)鈦白粉性能的要求是不同的，下文將舉幾個(gè)經(jīng)典應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。a、造紙鈦白和化纖鈦白有它們各自的質(zhì)量指標(biāo)，尤其對(duì)粒度和粒度分布、遮蓋力、水分散性和白度有極嚴(yán)格的要求。b、包核TiO₂顏料：包核TiO₂的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，應(yīng)引起充分重視。因?yàn)檫@個(gè)新品種是減少TiO2用量、降低生產(chǎn)成本的有效方法之一。c、鈦系珠光顏料和鈦系彩色顏料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用：鈦系珠光顏料問(wèn)世于20世紀(jì)60年代。利用TiO₂無(wú)毒，無(wú)致癌危險(xiǎn)，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，以TiCl₄或TiOSO₄為原料，以云母片為核心，控制適宜的工藝條件，使鈦鹽水解，在云母片上沉積一層水合TiO₂，洗滌干凈后高溫煅燒而成。調(diào)節(jié)包膜層厚度，可形成不同的色調(diào)。近年發(fā)展到用SnO₂和TiO₂交替包膜；或用水合TiO₂、SiO₂和Al(OH)₃共沉淀包膜、干燥后用TiO₂再次包膜；或用鐵的各種氧化物、(α-，γ-)FeOOH，甚至Cr(OH)₃、Mn(OH)₃等包膜的方法，獲得更多的色彩，并使顏料的耐光、耐熱、耐候性和耐化學(xué)品性能得到改進(jìn)，從而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。d、鈦黑TiO₂不僅是白色顏料中的佼佼者，而且也可加工成其它有色顏料，除上面介紹的鈦系珠光顏料和彩色混相顏料外，還可通過(guò)改變TiO₂價(jià)態(tài)的方法，還原制取紫黑色、黑色的低價(jià)氧化鈦或氮氧化鈦。產(chǎn)品性能穩(wěn)定、無(wú)毒，可用于化妝品、導(dǎo)電塑料、油墨等。還原劑可以是鈦粉、H₂氣、N₂/H₂混合物，或NH₃氣。

⑤表面改性

TiO₂經(jīng)過(guò)表面改性處理，其性能得到大大提高和改善，用途會(huì)更加廣泛。表面改性的方法可以是表面包膜（包復(fù)無(wú)機(jī)物如Al₂O₃、SiO₂或包覆有機(jī)物），目的是為了提高TiO₂在介質(zhì)中的分散性和分散穩(wěn)定性，或提高涂料的抗粉化和耐久性，改進(jìn)涂膜光澤和遮蓋力等等。也可以是用鈦酸酯或硅酸酯偶聯(lián)劑處理以增加TiO₂與高分子材料間的相容性。

⑥材料復(fù)合化

TiO₂超微粉是一種理想的光催化劑，在污水治理和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但單一的TiO₂超微粉對(duì)光雖然穩(wěn)定不被腐蝕，但其帶隙較寬，光吸收范圍窄(僅局限于紫外區(qū))，尚達(dá)不到照射到地面太陽(yáng)光譜的10%；同時(shí)由于光生載流子的重新復(fù)合使之失活而影響半導(dǎo)體TiO₂的光催化效率。

解決問(wèn)題的方法有三種，其一是利用光敏劑和半導(dǎo)體形成的量子尺寸異質(zhì)結(jié)促進(jìn)半導(dǎo)體光生空穴和電子的分離，抑制它們的復(fù)合。二是兩種半導(dǎo)體氧化物復(fù)合物。SnO₂-TiO₂二元半導(dǎo)體，是將SnO₂均勻包復(fù)在TiO₂粒子表面上形成的一種復(fù)合光催化劑，研究證明，與純TiO₂相比，其光催化活性有較大提高。還有一種方法是利用HCl和HClO₄對(duì)TiO₂進(jìn)行表面修飾。顯然，這種表面修飾與復(fù)合化了的TiO₂的性能和功能便得到了改善與提高，從而也就為其實(shí)際應(yīng)用拓展了更加廣闊的空間。

參考來(lái)源：

1、略論二氧化鈦的高性能化和高功能化；四川大學(xué)超微粉體材料研究所；李大成，周大利，劉恒，張萍，陳朝珍，全學(xué)軍等著。

編輯：Alpha