第4期 于海洋等：从含钛电炉熔分渣制备纳米结构六钛酸钾晶须 ·501· 图6不同钛钾摩尔比下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾品须的扫描电镜照片（锻烧温度1100℃，保温时间5h).(a)1.50:(b) 1.75:(c2.00 Fig.6 SEM images of potassium titanate whiskers prepared from electric fumace molten slag with titanium at different titanium-opotassium mole rati- os (calcination temperature 1100C,reaction time 5h):(a)1.50:(b)1.75;(c)2.00 为800℃下即开始有六钛酸钾晶须生成.这是由于 ·KT0 TiO, 本实验所采用的反应原料为一维纳米结构偏钛酸， 1200℃ 属于单晶结构，其尺寸很小（棒长约为200~350nm, 棒直径约为35~70nm),表面积大，表面缺陷多，即 ● 1100℃ 表面能高，自身的反应活性位点较多.因此，当外界 1000℃： 900℃ 温度达到800℃时，所提供的能量足以使部分反应 物发生界面化学反应生成六钛酸钾晶须.随着反应 ◆ 800℃ 温度的升高，由偏钛酸脱水生成的二氧化钛表面的 102030405060708090 活化位点增多，使热力学反应向着更易于生成六钛 20 酸钾晶须的方向进行：同时，温度的升高不但可以提 图7不同燬烧温度下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾品 高界面化学反应速率，而且还能够使得液态熔融的 须的X射线衍射谱（燬烧温度为800.900、1000、1100和1200℃， 氢氧化钾扩散加快，从而对晶须的生长起到促进 钛钾摩尔比1.75，保温时间5h) 作用. Fig.7 XRD patterns of potassium titanate whiskers prepared from 图8为不同温度下合成产物的扫描电镜照 electric furace molten slag with titanium at different reaction tempera- tures of 800,900,1000.1100 and 1200 C (titanium-to-potassium 片.总的来看，随着煅烧温度的升高，六钛酸钾晶 mole ratio 1.75,reaction time 5 h) 须的长度与直径基本呈增大趋势.具体来讲， 800℃时，晶须团聚现象严重，大部分物质仍呈块 在所选定的实验温度条件下，偏钛酸脱水转化 状，晶须分布杂乱无章，显然由于温度较低，晶须 成金红石型二氧化钛，氢氧化钾完全融化成为液体， 生长发育不充分：900℃时，晶须已经开始生长， 因此该反应在实际进行过程中为液固反应.熔融的 长径比明显增加，但仍然团聚在一起：1000℃时， 氢氧化钾扩散到固态二氧化钛纳米棒表面，在其表 虽然晶须己经开始大量生长，长径比进一步增 面生成晶核，然后在相应离子的作用下，这些晶核沿 大，晶须分散性提高，发育的较充分：1100℃时， 着一定的方向生长为具有较大长径比的晶须.由 晶须的分布比较均匀，分散性良好，晶须纵横交 TO2和K,0体系的二元相图可知，合成六钛酸钾晶 错，侧面平直、光滑，表面杂质少；而1200℃时， 须的温度一般要高于1100℃，而本实验在温度条件 晶须直径变粗，粗细分布不均匀，出现黏连现象，第 4 期 于海洋等: 从含钛电炉熔分渣制备纳米结构六钛酸钾晶须 图 6 不同钛钾摩尔比下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾晶须的扫描电镜照片( 煅烧温度 1100 ℃，保温时间 5 h) ． ( a) 1. 50; ( b) 1. 75; ( c) 2. 00 Fig． 6 SEM images of potassium titanate whiskers prepared from electric furnace molten slag with titanium at different titanium-to-potassium mole rati￾os ( calcination temperature 1100 ℃，reaction time 5 h) : ( a) 1. 50; ( b) 1. 75; ( c) 2. 00 图 7 不同煅烧温度下从含钛电炉熔分渣中制备的六钛酸钾晶 须的 X 射线衍射谱( 煅烧温度为 800、900、1000、1100 和 1200 ℃， 钛钾摩尔比 1. 75，保温时间 5 h) Fig． 7 XＲD patterns of potassium titanate whiskers prepared from electric furnace molten slag with titanium at different reaction tempera￾tures of 800，900，1000，1100 and 1200 ℃ ( titanium-to-potassium mole ratio 1. 75，reaction time 5 h) 在所选定的实验温度条件下，偏钛酸脱水转化 成金红石型二氧化钛，氢氧化钾完全融化成为液体， 因此该反应在实际进行过程中为液固反应． 熔融的 氢氧化钾扩散到固态二氧化钛纳米棒表面，在其表 面生成晶核，然后在相应离子的作用下，这些晶核沿 着一定的方向生长为具有较大长径比的晶须． 由 TiO2 和 K2O 体系的二元相图可知，合成六钛酸钾晶 须的温度一般要高于 1100 ℃，而本实验在温度条件 为 800 ℃下即开始有六钛酸钾晶须生成． 这是由于 本实验所采用的反应原料为一维纳米结构偏钛酸， 属于单晶结构，其尺寸很小( 棒长约为200 ～ 350 nm， 棒直径约为 35 ～ 70 nm) ，表面积大，表面缺陷多，即 表面能高，自身的反应活性位点较多． 因此，当外界 温度达到 800 ℃ 时，所提供的能量足以使部分反应 物发生界面化学反应生成六钛酸钾晶须． 随着反应 温度的升高，由偏钛酸脱水生成的二氧化钛表面的 活化位点增多，使热力学反应向着更易于生成六钛 酸钾晶须的方向进行; 同时，温度的升高不但可以提 高界面化学反应速率，而且还能够使得液态熔融的 氢氧化钾扩散加快，从而对晶须的生长起到促进 作用． 图 8 为不同温度下合成产物的扫描电镜照 片． 总的来看，随着煅烧温度的升高，六钛酸钾晶 须的长度与直径基本呈增大趋势． 具 体 来 讲， 800 ℃ 时，晶须团聚现象严重，大部分物质仍呈块 状，晶须分布杂乱无章，显然由于温度较低，晶须 生长发育不充分; 900 ℃ 时，晶须已经开始生长， 长径比明显增加，但仍然团聚在一起; 1000 ℃ 时， 虽然晶须已经开始大量生长，长径比进一步增 大，晶须分散性提高，发育的较充分; 1100 ℃ 时， 晶须的分布比较均匀，分散性良好，晶须纵横交 错，侧面平 直、光 滑，表 面 杂 质 少; 而 1200 ℃ 时， 晶须直径变粗，粗细分布不均匀，出现黏连现象， ·501·