超临界条件下TiO2纳米管的制备与干燥课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,*,单击此处编辑母版标题样式,超临界条件下,TiO,2,纳米管的制备与干燥,翟茜茜,Title,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,Title,TiO,2,纳米管的制作方法和成型机制,Title,超临界流体技术制作纳米材料,Company Logo,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,光催化剂：,有效降解：染料、表面活性剂、有机卤化物、农,药、油类、氰化物等,转化为：无毒小分子物质,优点：无毒，催化活性高，氧化能力强，稳定性好,Company Logo,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,纳米级,TiO,2,的优点：,比表面和表面活性大,磁性强,光吸收性能好,吸收紫外线的能力强,热导性和分散性好,量子效应,表面界面效应,光催化活性大大提高,Company Logo,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,TiO,2,纳米管的优点：,更大的比表面积,较强的吸附能力,管中可添加其他材料改善其光电、电磁和催化性能,TiF,4,水解法制备,TiO,2,纳米管的,SEM,照片,Company Logo,Title,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,Title,TiO,2,纳米管的制作方法和成型机制,Title,超临界技术制作纳米材料的应用,Company Logo,TiO,2,纳米管的制作方法和成型机制,物理法：,激光烧蚀法,、激光沉积法,1,化学法：,模板法,、水热法，阳极氧化法,2,综合法：固,-,液相电弧放电法,3,Company Logo,物理法,激光烧蚀法：液态催化剂纳米团簇吸附反应物，在,界面上生长，直到液态催化剂变成固态。,Company Logo,用,Fe,催化剂制备,Si,纳米线,装置图,硅纳米线生长图,(T1,为恒温区温度,T2,为,FeSi2,液滴的凝固温度,),Company Logo,化学法：模板法,作用,分类,概念,在纳米模板中，采用物理或化学方法，将金属、半导体物质组装进模板中，获得纳米颗粒、纳米线或纳米管。,提供物质合成的限域空间，其内部孔洞为纳米级，合成各种形状的纳米颗粒、纳米线和纳米管。,多孔氧化铝模板,、高分子模板、多孔玻璃、微孔离子交换树脂、蛋白质高分子有机模板、介孔分子筛等。,Company Logo,多孔氧化铝模板,斜视图,顶视图,Company Logo,多孔氧化铝模板,一般用,Sol-Gel,法制备,TiO,2,纳米阵列：将,含有纳,米粒子的溶胶浸泡多孔氧化铝模板，制备出无机半,导体纳米材料的纳米管和纳米线阵列。,浸泡时间长，形成纳米线；,浸泡时间短，形成纳米管。,在氧化铝模板中合成,TiO2,纳米管和纳米线的,SEM,照片,Company Logo,化学法：模板法,优点：,制备方法简单、成本较低；,高度有序性，柱状孔径大小一致、排列有序、分布均匀，彼此独立，不交联，通过调整参数，如酸的种类、氧化电压、时间、温度等，来改变氧化膜的直径、长度和孔密度；,高的长径比；,室温下填充纳米线材料；,在高温下一级有机溶剂中稳定存在,Company Logo,化学法：模板法,传统的,TiO,2,纳米颗粒合成：,溶胶,-,凝胶法：分子态聚合体溶胶凝胶晶态（或非晶态）；,原料：钛醇盐或,TiCl,4,沉淀法：化学反应将有效成分沉淀，过滤洗涤干燥；,水解法：金属盐在酸性溶液中强迫水解；,水热合成方法：利用化合物在高温高压水溶液中的溶,解度增大离子活度增强,化合物晶体结构转型重结晶；,微乳液法：由油、水、表面活性剂组成透明、各相同性、低粘度的热力学稳定体系，通过控制液滴中水体积及反应物浓度来控制核生长,获得单分散纳米粒子。,Company Logo,与模板法相结合合成,TiO,2,纳米管,Sol-Gel,法：,Text,孔内沉积纳米线,Text,纳米氧化钛阵列,Text,反应流程,溶胶,配制,煅烧,溶解部分模板,阵列的结构和形貌表征,Company Logo,与模板法相结合合成,TiO,2,纳米管,直流电沉积模板法：要求模板无裂缝和缺陷，否则电沉积首先在裂缝和缺陷处发生，且要求氧化膜必须达到一定的厚度以便手工操作；,交流电沉积模板法：不需要把氧化膜从基底上剥离，可以使用不同频率、不同波形的交流电、交流直流叠加或脉冲交流电。,水解沉淀法：将模板浸泡在配置好的溶液中，在一定条件（温度、湿度）下，发生水解，使水解反应在模板的孔洞中进行，最后生成纳米管。,Company Logo,化学法：水热法,水热法：高压高温和强碱时，,TiO,2,块被剥落成薄,片，两面有许多不饱和悬挂键。随着不饱和悬挂键,的数量增多，薄片表面活性增强，卷曲为管状以减,少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合,3-2-,1D,的生长模型。,Company Logo,化学法：阳极氧化法,阳极氧化法：将纯钛片在电解质（,HF,）溶液中经阳,极腐蚀获得,TiO,2,纳米管。,氧化的钛片外形类似于氧化铝，为连续的多孔,结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。,特点：该纳米管对氢气有超高敏感性。,Company Logo,Title,TiO,2,纳米管和纳米颗粒的应用与介绍,Title,TiO,2,纳米管的制作方法和成型机制,Title,超临界技术制作纳米材料的应用,Company Logo,超临界流体技术制作纳米材料,性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。,分类：,物理方法：,RESS,、,SAS,、,SAA,化学方法,:,超临界微乳法、溶胶,-,凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。,Company Logo,RESS(,超临界溶液快速膨胀法,),原理：将溶有要制备成纳米材料的物质的超临界流体在很短时间内减压，快速膨胀,通过微孔射流喷嘴，控制压力和温度，获得尺寸不同的微粒。,过饱和度,瞬间结晶,Company Logo,RESS(,超临界溶液快速膨胀法,),过程示意图,优缺点：过程简单、小规模生产、操作容易且形成粒子小、操作费用低，但是进行大规模的生产需要多喷嘴体系或者是使用多孔烧结盘 操作复杂，产率低。,Company Logo,超临界流体技术制作纳米材料,性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。,分类：,物理方法：,RESS,、,SAS,、,SAA,化学方法,:,超临界微乳法、溶胶,-,凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。,Company Logo,SAS,（超临界反溶剂法）,原理：原料溶于有机溶剂形成溶液，喷洒在超临界流体中，其中溶质不溶于超临界流体，溶剂能与其互溶，用溶剂反溶析出纳米晶粒。,Company Logo,超临界流体技术制作纳米材料,性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。,分类：,物理方法：,RESS,、,SAS,、,SAA,化学方法,:,超临界微乳法、溶胶,-,凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。,Company Logo,SAA,（超临界辅助喷雾法）,原理：原料溶于水或有机溶剂制成溶液，在高压釜内混合，通过喷嘴向低压釜喷出，,CO,2,和水（或有机溶剂）汽化，形成纳米颗粒。,超临界流体的作用：,1,、作为协溶剂与有机溶剂混合；,2,、喷雾过程中作为反溶剂，降低喷出流体的粘性。,Company Logo,超临界流体技术制作纳米材料,性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。,分类：,物理方法：,RESS,、,SAS,、,SAA,化学方法：超临界微乳法、,溶胶,-,凝胶超临界干燥法,、超临界水热合成法。,Company Logo,溶胶,-,凝胶,超临界干燥法,步骤：,制备溶胶体；,用有机溶剂来代替溶胶中的水，形成凝胶体；,对凝胶体进行超临界干燥。,优点：消除胶体粒子的表面张力，避免物料干燥过程收缩团聚，保持原结构。,常规干燥：,凝胶结构坍塌破坏、纳米颗粒团聚。,Company Logo,超临界干燥法,高温超临界有机溶剂干燥法：,用有机溶剂（甲醇或乙醇）把水置换出来，将醇凝胶放于干燥器中，醇凝胶中溶剂向外扩散最终得到干燥样品。,低温超临界二氧化碳干燥法：,针对高温中的缺点：溶剂用量对产品影响大，醇的临界温度高，操作困难，费用高，温度,40,，干燥时间,23,天降到,810h,。,优点：温度接近室温,无毒不易燃易爆,对环境友好,价格低廉,目前气凝胶的大规模制备一般采用。,Company Logo,结语,TiO,2,纳米管有优越的性能与广泛的实用价值，,现已有相关制作文献，但是实验研究操作周期,长，成本高，要实现工业化仍需研究，主要体现在：,1,、结合成形机制中的相关热力知识研究；,2,、将纳米材料的合成、洗涤、过滤、改性、干燥等操作过程作为一个整体来考虑，实现最优化。,Company Logo,Thank You!,