資源描述：
《二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變研究進(jìn)展》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、·專論與綜述·二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變研究進(jìn)展符春林,魏錫文(重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,400044)摘要:綜述了二氧化鈦由銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化過程中的影響因素及轉(zhuǎn)化機(jī)理,并對該轉(zhuǎn)化過程涉及的一些問題進(jìn)行初步探討。關(guān)鍵詞:二氧化鈦;銳鈦型;金紅石型;相變PROGRESSINSTUDYOFTHETRANSITIONOFCRYSTALFORMOFTiO2FUChunlin,WEIXiwenAbstract:IthasreviewedinfluencingfactorsandthemechanismduringthetransitionofcrystalformofTiO2
2、fromanatasetorutileanddiscussedsomeproblemsinvolvedintheprocessofcrystalformtransition.KeyWords:titaniumdioxide;anatase;rutile;phasetransition前國內(nèi)鈦白粉廠的產(chǎn)品絕大多數(shù)是銳鈦型二氧化鈦,1前言金紅石型二氧化鈦產(chǎn)量很低。這就造成了高檔金紅二氧化鈦有板鈦礦、金紅石和銳鈦礦三種晶型。石型TiO2供不應(yīng)求,低檔銳鈦型TiO2滯銷的局面。其中金紅石和銳鈦型TiO2應(yīng)用較廣泛。這兩種TiO2所以,對于二氧化鈦由銳鈦型向金紅石型
3、的直接轉(zhuǎn)化均屬四方晶系,4/mmm點(diǎn)群,晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所(簡稱A※R轉(zhuǎn)化)的相變研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。[1]示。2影響TiO2晶型轉(zhuǎn)變的因素在通常情況下,純銳鈦型TiO2轉(zhuǎn)化為金紅石型[2]TiO2的溫度是610～915℃。要使銳鈦型TiO2完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型TiO2,煅燒溫度以高于1000℃為[3]宜。事實(shí)上,TiO2由銳鈦型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型結(jié)構(gòu)是一種不可逆相變,這種轉(zhuǎn)變是溫度和時(shí)間的函數(shù),[4]如圖2所示。(a)金紅石型;(b)銳鈦型★—O;○—Ti圖1二氧化鈦的晶胞結(jié)構(gòu)金紅石型和銳鈦型晶胞中TiO2分子數(shù)分別是2和4。晶胞參數(shù)分別是:金紅石型a=
4、4.593?,c=2.959?;銳鈦型a=3.784?,c=9.515?。金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦穩(wěn)定而致密,有較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率,其遮蓋力和著色力也較高。而銳鈦型TiO2在可見光短波部分的反射率比金1—0.25h;2—0.5h;3—1h;4—2h;5—10h;6—24h紅石型TiO2高,帶藍(lán)色色調(diào),并且對紫外線的吸收能圖2銳鈦型TiO2向金紅石型TiO2轉(zhuǎn)變的溫度和時(shí)間的關(guān)系力比金紅石型低,光氧化催化活性比金紅石型高,所要實(shí)現(xiàn)TiO2徹底的相變(銳鈦型百分率為0),通以作為著色顏料時(shí)其耐久性能不如金紅石型TiO2,常需要較高的加熱
5、溫度和較長的加熱時(shí)間。這就導(dǎo)因而金紅石型TiO2的應(yīng)用比銳鈦型TiO2更為廣泛。致工業(yè)生產(chǎn)能耗大,成本高。為了降低能耗,必須尋據(jù)估計(jì),今后銳鈦型TiO2在市場上的占有量將逐步找降低TiO2相變溫度的方法。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):顆粒尺[5,6]減少,而金紅石型TiO2占有量將不斷增加。但是,目寸對相變溫度有影響。顆粒越小,相變溫度越低;·28·涂料工業(yè)1999年第2期·專論與綜述·[7]顆粒越大,相變溫度越高。納米級的TiO2相變溫[5][8]度為600℃或更低。鄭茂盛等人應(yīng)用Ising和Heisenberg模型研究了納米材料相變的尺度效應(yīng),建立了相變與顆粒尺度之間的
6、定量關(guān)系。模擬結(jié)果表明:納米材料相變溫度低于相應(yīng)塊材的相變溫度。高[9]榮杰等人對納米級的單一銳鈦礦樣品進(jìn)行相變動(dòng)力學(xué)研究,得到的相變活化能為113.5±8.97kJ/mol,與經(jīng)典值428kJ/mol相比,明顯較小。表明了樣圖31(a),3(b),5(c)號實(shí)驗(yàn)的XRD圖(鉬鈀)品粒子粒徑較小,導(dǎo)致相變活化能降低,從而使得相的物質(zhì)則有促進(jìn)作用,且熔點(diǎn)越低的促進(jìn)作用越明變溫度降低。顯。如V2O5、MoO3、SnO2、α-Fe2O3、Fe3O4、TiO2、另外,許多物質(zhì)對TiO2的相變溫度有影響。+2+--Al2O3的熔點(diǎn)分別是650～750℃、795℃、1
7、127℃、NH4、Zn及低價(jià)陰離子(如Cl、F)能促進(jìn)金紅石[15,17][10]1562℃、1590℃、1839℃、2100℃,它們對TiO2物相的生成,部分有機(jī)物(如醋酸、乙酰丙酮)能降[11,12]相變的促進(jìn)作用依次減弱,與熔點(diǎn)逐漸升高相吻合。低TiO2的相變溫度,有人認(rèn)為有機(jī)物起了晶核一般認(rèn)為,固相反應(yīng)能夠進(jìn)行的溫度是由反應(yīng)物的的作用。更多的報(bào)道是有關(guān)摻入某些金屬氧化物后[13]Tammann溫度較低者決定的。這里的Tammann溫二氧化鈦相變情況的研究。摻入Al2O3后明顯地度是指固體中自擴(kuò)散變得顯著時(shí)的溫度。Tammann對銳鈦型TiO2向金紅
8、石型TiO2的轉(zhuǎn)變有阻礙作用,和Mansuri曾首次指出,該溫度與
