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随着纳米技术的不断发展,各类纳米材料被广泛应用。其中,纳米二氧化钛以其独特的超亲水性、光电化学性质备受关注,已广泛应用于有机污染物降解、半导体太阳能电池、自清洁等诸多领域。然而,常规生产的纳米二氧化钛为粉体,由于其较高的表面能,自身极易团聚,导致优异的纳米特性不能充分发挥;此外,二氧化钛的应用性能很大程度上取决于颗粒的分散性、粒径和形貌。鉴于此,本论文提出了一种利用超重力技术结合溶剂(水)热和表面修饰可控制备纳米二氧化钛分散体的方法,分别制备出了油溶性和水溶性纳米二氧化钛颗粒,可稳定分散于多种常见的有机溶剂和水中,形成透明分散体。论文探究了一些重要的工艺参数对所制备的纳米二氧化钛颗粒大小、形貌及分散性的影响规律,并对其应用性能进行了研究。得到结论如下:(1)采用釜式法(STR),通过醇盐水解结合溶剂热和表面改性制备单分散油溶性纳米二氧化钛(OSN-TiO2),所得纳米颗粒可分散在多种常用的有机溶剂中,形成透明分散体。重点考察溶剂热温度和时间、去离子水量、反应pH值、醇溶剂、表面改性剂种类和用量等对纳米颗粒分散性、粒径和形貌的影响,确定了较优工艺参数:溶剂热温度150℃;溶剂热时间20h;反应体系的pH值通过加入的乙酸量来调控,当V水:V乙酸:VTBOT=1.2:1:10时较优;使用添加量为12 wt.%的硬脂酸为改性剂时,纳米二氧化钛能够稳定分散在三氯甲烷、四氢呋喃、环己烷等多种极性或非极性有机溶剂中,形成透明分散体;使用KH570偶联剂为改性剂时,颗粒能分散在二氯甲烷中,且分散体稳定性更高。采用不同分子结构的醇作为溶剂,可以调控单分散二氧化钛纳米颗粒大小和形貌,使用直链醇可制备类球形纳米颗粒,且随着醇的碳原子数的增加,纳米颗粒的尺寸从12nm减小到5 nm;使用支链醇可制备棒状纳米颗粒,且随着支链位置的不同,纳米棒的长径比在1-5范围可控。(2)基于上述研究结果,选取异丙醇为醇溶剂制备的短棒状纳米二氧化钛为研究对象,采用超重力旋转填充床(RPB)醇盐水解结合溶剂热和表面改性过程制备油溶性短棒状纳米二氧化钛。与STR相比,使用RPB制备的纳米二氧化钛的结晶度更高,粒径分布更窄。进一步采用超重力醇盐水解结合水热和表面改性可控制备水溶性纳米二氧化钛(WSN-TiO2)。主要研究了反应原料组成和体积比、水热条件、表面改性、超重力转速和进料流率对颗粒制备的影响,得到了较优工艺条件:VTBOT:V水:V浓硝酸:V乙醇=10:84:1:20,水热条件为 110℃和 10h,KH792 用量为 30wt.%,超重力转速2500 rpm,A液进料流率大于等于160 mL/min(vA:vB=1:3)。在较优条件下制备的WSN-TiO2颗粒大小为5～10 nm,比表面积为245 m2/g,分散在水中形成透明分散体的Zeta电位为46.2mV,能稳定分散6个月以上。(3)开展了纳米二氧化钛分散体在高折射复合涂层和光催化中的应用性能研究。首先采用溶液共混法,将纳米二氧化钛二氯甲烷分散体与PS复合制备透明TiO2-PS复合涂层(其中,TiO2质量分数为0～60 wt.%)。所得复合涂层在波长400～800 nm范围内,透过率在90%以上,折射率随二氧化钛含量的增加而增加,在1.59～1.79范围内可调;此外,添加了完全结晶的纯锐钛矿纳米二氧化钛的复合涂层折射率明显高于部分结晶产品。进一步将纳米二氧化钛水相分散体用于甲基蓝的光催化降解,分别考察了不同甲基蓝浓度和有无搅拌对催化降解的影响,结果表明:在搅拌条件下降解低浓度甲基蓝,WSN-TiO2在60 min时,降解率达到100%,而P25在120 min时,降解率才达到98%;在降解高浓度甲基蓝时,WSN-TiO2在105 min时,降解率达到100%,而P25在120 min时,降解率才达到69%,WSN-Ti02降解性能明显优于商业化P25;无搅拌时,WSN-TiO2的优势更加明显。WSN-TiO2对甲基蓝的吸附符合Langmuir等温吸附模型。