第8期 阙再青等：水热法从含钛电炉熔分渣中制备纳米片状结构二氧化钛光催化剂 ·935· 本文针对不同水热反应时间对二氧化钛产物微 间较长时(18h以上)，炉渣颗粒与碱液的液固反应 观形貌产生的影响进行了扫描电镜分析.由图6可 更为充分，此时渣中的钛几乎全部生成了含钛新 以看出，随着水热反应时间由12h延长至24h,生成 相，可以从渣中脱离下来，在相应离子的作用下， 的二氧化钛的微观形貌由团聚在一起的纳米棒状结 沿着一定的方向生长成为较长的纳米片状结构， 构转变为分散性较好的纳米片状结构，新生成的二 如图6(b)所示.可见，在碱液浓度恒定，反应温度 氧化钛相和原渣分离得更好，可以得到充分生长.不变的情况下，随着水热反应时间的延长，试样中 当水热反应时间较短时(12)，含钛的新相（钛酸钠 二氧化钛产物的衍射峰增强，且微观呈现出分散 或偏钛酸钠)生成后无法从原渣相中脱离下来，依 的、比表面积相对较大的纳米片状结构，更适于做 附在原先的渣上，生长出许多柱状的小晶须，在扫描 光催化剂.因此，在实验室条件下，最佳的水热反 电镜下呈现出图6(a)的结构特征.当水热反应时 应时间应大于24h. (a 200nm 200m 图6不同水热反应时间下生成的二氧化钛产物的扫描电镜照片.(a)12h:(b)24h Fig.6 SEM images of TiO2 prepared for different reaction time:(a)12h:(b)24h 2.3水热反应温度对二氧化钛产物的物相及微观 0金红石型 形貌的影响 口锐钛矿型 图7是反应时间为24h、碱浓度为12molL-1 时，不同水热反应温度条件下制备得到的产物的 X射线衍射谱.从图7中可以看出，在选定的水 热反应温度条件下，图谱中均主要出现了金红石 160℃ 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，并且随着反应温度从140 人I40℃ ℃升高至180℃，相应二氧化钛衍射峰的峰强逐 0 40 60 26) 渐增加，一些小的杂峰消失，说明随着水热反应 温度的升高，二氧化钛产物的纯度增加且结晶程 图7不同水热反应温度下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的X 度逐渐提高 射线衍射谱 Fig.7 XRD patters of TiO2 prepared from electric furnace molten 由前面分析可知，含钛电炉熔分渣与氢氧化钠 slag at different temperatures 溶液的水热反应化学方程式的△G皆为负值，因此 水热温度的提高，有利于提钛反应的进行.随着反 够将钛从炉渣中钛的矿相中分离提取出来.因此在 应温度的升高，炉渣颗粒与NaOH溶液的反应速度 碱浓度为12molL-、水热时间为24h的条件下，最 也会加快.由图7可知，当水热反应温度为140℃ 佳的水热温度应高于180℃. 时，炉渣颗粒与NaOH溶液反应不充分，反应速度较 本文针对反应温度对二氧化钛产物微观形貌产 慢，产物中二氧化钛的衍射峰相对较弱并且还伴随 生的影响进行了扫描电镜分析.由图8和图6(b) 有小的杂峰的存在.随着温度升高到160℃时，炉 可以看出，随着反应温度由140℃升高到160℃再 渣粉末与NaOH溶液的反应速度增快并且反应较为 到180℃，生成的二氧化钛的微观形貌由严重团聚 充分，产物中二氧化钛的衍射峰变强.当反应温度 在一起的颗粒状结构，经由稍许分离的纳米棒状结 为180℃时，二氧化钛的衍射峰进一步增强且相应 构，最终转变为分散性较好的纳米片状结构.当水 的小的杂峰消失，说明在此时的反应条件下己经能 热反应温度较低时(140℃)，由于反应速度相对较第 8 期 阙再青等: 水热法从含钛电炉熔分渣中制备纳米片状结构二氧化钛光催化剂 本文针对不同水热反应时间对二氧化钛产物微 观形貌产生的影响进行了扫描电镜分析． 由图 6 可 以看出，随着水热反应时间由 12 h 延长至 24 h，生成 的二氧化钛的微观形貌由团聚在一起的纳米棒状结 构转变为分散性较好的纳米片状结构，新生成的二 氧化钛相和原渣分离得更好，可以得到充分生长． 当水热反应时间较短时( 12 h) ，含钛的新相( 钛酸钠 或偏钛酸钠) 生成后无法从原渣相中脱离下来，依 附在原先的渣上，生长出许多柱状的小晶须，在扫描 电镜下呈现出图 6( a) 的结构特征． 当水热反应时 间较长时( 18 h 以上) ，炉渣颗粒与碱液的液固反应 更为充分，此时渣中的钛几乎全部生成了含钛新 相，可以从渣中脱离下来，在相应离子的作用下， 沿着一定的方向生长成为较长的纳米片状结构， 如图 6( b) 所示． 可见，在碱液浓度恒定，反应温度 不变的情况下，随着水热反应时间的延长，试样中 二氧化钛产物的衍射峰增强，且微观呈现出分散 的、比表面积相对较大的纳米片状结构，更适于做 光催化剂． 因此，在实验室条件下，最佳的水热反 应时间应大于 24 h． 图 6 不同水热反应时间下生成的二氧化钛产物的扫描电镜照片． ( a) 12 h; ( b) 24 h Fig． 6 SEM images of TiO2 prepared for different reaction time: ( a) 12 h; ( b) 24 h 2. 3 水热反应温度对二氧化钛产物的物相及微观 形貌的影响 图 7 是反应时间为 24 h、碱浓度为 12 mol·L － 1 时，不同水热反应温度条件下制备得到的产物的 X 射线衍射谱． 从图 7 中可以看出，在选定的水 热反应温度条件下，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，并且随着反应温度从 140 ℃ 升高至180 ℃ ，相应二氧化钛衍射峰的峰强逐 渐增加，一些小的杂峰消失，说明随着水热反应 温度的升高，二氧化钛产物的纯度增加且结晶程 度逐渐提高． 由前面分析可知，含钛电炉熔分渣与氢氧化钠 溶液的水热反应化学方程式的%rG 皆为负值，因此 水热温度的提高，有利于提钛反应的进行． 随着反 应温度的升高，炉渣颗粒与 NaOH 溶液的反应速度 也会加快． 由图 7 可知，当水热反应温度为 140 ℃ 时，炉渣颗粒与 NaOH 溶液反应不充分，反应速度较 慢，产物中二氧化钛的衍射峰相对较弱并且还伴随 有小的杂峰的存在． 随着温度升高到 160 ℃ 时，炉 渣粉末与 NaOH 溶液的反应速度增快并且反应较为 充分，产物中二氧化钛的衍射峰变强． 当反应温度 为 180 ℃时，二氧化钛的衍射峰进一步增强且相应 的小的杂峰消失，说明在此时的反应条件下已经能 图 7 不同水热反应温度下从电炉熔分渣中制备的二氧化钛的 X 射线衍射谱 Fig． 7 XRD patterns of TiO2 prepared from electric furnace molten slag at different temperatures 够将钛从炉渣中钛的矿相中分离提取出来． 因此在 碱浓度为 12 mol·L － 1 、水热时间为 24 h 的条件下，最 佳的水热温度应高于 180 ℃ ． 本文针对反应温度对二氧化钛产物微观形貌产 生的影响进行了扫描电镜分析． 由图 8 和图 6( b) 可以看出，随着反应温度由 140 ℃ 升高到 160 ℃ 再 到 180 ℃，生成的二氧化钛的微观形貌由严重团聚 在一起的颗粒状结构，经由稍许分离的纳米棒状结 构，最终转变为分散性较好的纳米片状结构． 当水 热反应温度较低时( 140 ℃ ) ，由于反应速度相对较 ·935·