·934 北京科技大学学报 第34卷 反应过程中，水热反应时间、水热温度以及碱液浓度 均会对从含钛电炉熔分渣中提取纳米片状结构二氧 化钛产生影响，因此下面将分别就这几个因素进行 研究. 2结果与讨论 2.1二氧化钛产物制备 00 nn 图3是采用水热法处理电炉熔分渣后得到产物 的X射线衍射图.水热反应条件：水热温度180℃， 图4从电炉熔分渣中制备的二氧化钛产物的扫描电镜照片 水热反应时间为24h,碱液浓度12molL-1.从图中 Fig.4 SEM image of TiO,prepared from electric fumace molten slag 可以看出：水热法所制备的产物在20=27.4°、 浓度为12molL-1时，不同水热反应时间条件下制 36.0°、39.1°、41.2°、43.9°、54.2°、56.5°、62.6°、 备得到的产物的X射线衍射谱.从图5中可以看 63.9°、68.9°、69.6°和82.2°出现较强的衍射峰，这 出，在选定的水热反应时间条件下，图谱中均主要出 些衍射峰与金红石型TO2的X射线衍射标准卡片 现了金红石型二氧化钛的特征衍射峰和少许的锐钛 (00-076-0318)的(110)、(101)、(200)、(111)、 矿型二氧化钛的特征衍射峰，并且随着反应时间从 (210)、(211)、(220)、(002)、(310)、(301)、(112) 12h增加至24h,相应衍射峰的峰强逐渐增加，一些 和(321)晶面的衍射峰位相吻合：另外产物在20= 小的杂峰消失，说明随着水热反应时间延长，二氧化 25.3°、48.1°、62.8°和68.8°出现的衍射峰，与锐钛 钛产物的纯度增加且结晶程度逐渐提高. 矿型Ti0,的X射线衍射标准卡片(01-H84-1286)的 (101)、(200)、(204)和(116)晶面的衍射峰位相吻 ·金红石型 m锐钛矿型 合.说明水热法从电炉熔分渣中制备的产物是金红 石型二氧化钛为主并伴有锐钛矿型二氧化钛的混合 R24h 结构 三 20 40 60 80 26) 图5不同水热反应时间下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的X 射线衍射谱 金红石型i0,00-076-0318) Fig.5 XRD pattems of TiO,prepared from electric furnace molten slag forwww.sp different reaction time 1020 30 405060708090 20) NaOH溶液提取含钛电炉熔分渣中钛的反应是 图3从电炉熔分渣中制备的二氧化钛产物的X射线衍射谱 液固反应，在水热反应条件下，由于没有搅拌，扩散 Fig.3 XRD pattern of TiO prepared from electric fumace molten 过程控制着整个反应进行的程度.因此，适当延长 sla照 水热反应时间一方面可以让反应更加充分，使得最 图4是水热法处理电炉熔分渣后得到二氧化钛 终生成的产物纯度高；另一方面，基于水热反应过程 的扫描电镜照片.由图4可以看出，制备得到的二 中溶解一沉积平衡的存在，可以使得新生成的含钛 氧化钛是一种纳米片状结构，单体宽约50nm,厚约 酸盐的结晶度进一步提高，结晶更加完整.从图5 10nm. 可以看出，水热反应时间为12h制备的产物中二氧 2.2水热反应时间对二氧化钛产物的物相及微观 化钛主要衍射峰的强度都较弱并且出现一些小的杂 形貌的影响 峰，说明此时炉渣颗粒与NaOH溶液反应并不十分 为了研究水热反应时间对二氧化钛产物的纯度 充分，产物的结晶程度相对不高.当水热时间延长 和微观结构的影响，对所制备的样品进行X射线衍 至18h和24h时，炉渣颗粒与NaOH溶液反应变得 射和扫描电镜的表征.图5为反应温度为180℃、碱 较为充分，产物二氧化钛的衍射峰增强.北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 反应过程中，水热反应时间、水热温度以及碱液浓度 均会对从含钛电炉熔分渣中提取纳米片状结构二氧 化钛产生影响，因此下面将分别就这几个因素进行 研究． 2 结果与讨论 2. 1 二氧化钛产物制备 图 3 是采用水热法处理电炉熔分渣后得到产物 的 X 射线衍射图． 水热反应条件: 水热温度 180 ℃， 水热反应时间为 24 h，碱液浓度 12 mol·L － 1 ． 从图中 可以 看 出: 水热法所制备的产物在 2θ = 27. 4°、 36. 0°、39. 1°、41. 2°、43. 9°、54. 2°、56. 5°、62. 6°、 63. 9°、68. 9°、69. 6°和 82. 2°出现较强的衍射峰，这 些衍射峰与金红石型 TiO2的 X 射线衍射标准卡片 ( 00--076--0318) 的( 110) 、( 101) 、( 200 ) 、( 111 ) 、 ( 210) 、( 211) 、( 220) 、( 002) 、( 310) 、( 301) 、( 112) 和( 321) 晶面的衍射峰位相吻合; 另外产物在 2θ = 25. 3°、48. 1°、62. 8°和 68. 8°出现的衍射峰，与锐钛 矿型 TiO2的 X 射线衍射标准卡片( 01--184--1286) 的 ( 101) 、( 200) 、( 204) 和( 116) 晶面的衍射峰位相吻 合． 说明水热法从电炉熔分渣中制备的产物是金红 石型二氧化钛为主并伴有锐钛矿型二氧化钛的混合 结构． 图 3 从电炉熔分渣中制备的二氧化钛产物的 X 射线衍射谱 Fig． 3 XRD pattern of TiO2 prepared from electric furnace molten slag 图 4 是水热法处理电炉熔分渣后得到二氧化钛 的扫描电镜照片． 由图 4 可以看出，制备得到的二 氧化钛是一种纳米片状结构，单体宽约 50 nm，厚约 10 nm． 2. 2 水热反应时间对二氧化钛产物的物相及微观 形貌的影响 为了研究水热反应时间对二氧化钛产物的纯度 和微观结构的影响，对所制备的样品进行 X 射线衍 射和扫描电镜的表征． 图5 为反应温度为180 ℃、碱 图 4 从电炉熔分渣中制备的二氧化钛产物的扫描电镜照片 Fig． 4 SEM image of TiO2 prepared from electric furnace molten slag 浓度为 12 mol·L － 1 时，不同水热反应时间条件下制 备得到的产物的 X 射线衍射谱． 从图 5 中可以看 出，在选定的水热反应时间条件下，图谱中均主要出 现了金红石型二氧化钛的特征衍射峰和少许的锐钛 矿型二氧化钛的特征衍射峰，并且随着反应时间从 12 h 增加至 24 h，相应衍射峰的峰强逐渐增加，一些 小的杂峰消失，说明随着水热反应时间延长，二氧化 钛产物的纯度增加且结晶程度逐渐提高． 图 5 不同水热反应时间下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的 X 射线衍射谱 Fig． 5 XRD patterns of TiO2 prepared from electric furnace molten slag forwww． sp different reaction time NaOH 溶液提取含钛电炉熔分渣中钛的反应是 液固反应，在水热反应条件下，由于没有搅拌，扩散 过程控制着整个反应进行的程度． 因此，适当延长 水热反应时间一方面可以让反应更加充分，使得最 终生成的产物纯度高; 另一方面，基于水热反应过程 中溶解--沉积平衡的存在，可以使得新生成的含钛 酸盐的结晶度进一步提高，结晶更加完整． 从图 5 可以看出，水热反应时间为 12 h 制备的产物中二氧 化钛主要衍射峰的强度都较弱并且出现一些小的杂 峰，说明此时炉渣颗粒与 NaOH 溶液反应并不十分 充分，产物的结晶程度相对不高． 当水热时间延长 至 18 h 和 24 h 时，炉渣颗粒与 NaOH 溶液反应变得 较为充分，产物二氧化钛的衍射峰增强． ·934·