二氧化钛纳米颗粒粒径影响因素的研究

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纳米TiO2是一种应用非常广泛的纳米材料,其具有的光催化性在太阳能电池,光催化合成等诸多方面显示出十分诱人的前景。而二氧化钛光催化活性与其粒径密切相关,并且颗粒粒径特性对颗粒产品的性能产生极大的影响,这就要求对颗粒粒径的影响因素有很好的了解和控制。采用火焰CVD法,在丙烷/空气扩散火焰中氧化前驱物(TiCl4)制备纳米二氧化钛颗粒,研究进气条件对TiO2纳米颗粒粒径的影响,并初步研究了进气条件对颗粒晶型的影响。本文共讨论了4种不同的进气条件,结果发现:丙烷与空气流速决定火焰的温度;丙烷流速越大,颗粒粒径则越大;而空气流速越大,颗粒粒径却越小;TiCl4流速越高,颗粒粒径越大;而载气流速的升高对颗粒粒径大小几乎没有影响。应用CFD商业软件fluent,引入颗粒动力学模型(Pratsinis,1998),模拟表面氧化反应、稀释作用以及热迁移现象对颗粒粒径的影响,结果表明:包含表面氧化反应的颗粒粒径要大于相同位置不包含表面氧化反应的颗粒粒径,而且表面氧化只是发生在反应的初期,在离燃烧室入口较近处对颗粒粒径有着较大的影响,在出口处由于先驱物和氧化剂浓度的关系对颗粒粒径几乎没有影响;气体稀释作用在火焰区域影响很大,明显抑制了颗粒粒径的增长,而在非火焰区域,湍流稀释作用很小,对颗粒粒径增长几乎不再发生抑制作用;如果同时考虑稀释作用与表面氧化作用,会发现气体对氧化产物TiO2的稀释作用,明显抑制了颗粒的增长速度,对出口颗粒粒径的影响起决定性作用,而表面氧化反应仅在中心轴附近区域对颗粒粒径有较大的影响;热迁移作用对颗粒粒径的影响较小,仅在火焰内部对颗粒粒径有一定的影响。
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