2004年度中国石油和化学工业协会科技奖励项目推荐（二）
栏目主持：《中国化工信息》周刊、中国石油和化学工业协会科技办
新型氯化法纳米TiO2制备技术
徐瑞芬
一、现有技术存在的问题
纳米TiO2无机功能粉体是一种很有发展前景的功能添加剂，可
用于多种复合材料。目前，国内外纳米TiO2批量生产技术可分为气
相法和液相法。气相法主要有TiCl4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水
解法，存在生产成本高、晶型转化不完全、粒径分布比较宽等问题；
液相法主要有硫酸氧钛水解法和钛醇盐水解法及水热合成法，主要缺
点是操作弹性小、操作成本高、对原料纯度要求苛刻、纳米TiO2颗
粒易团聚。金红石型纳米TiO2氯化法制备技术由于存在纳米尺度范
围内完成金红石晶相转变困难、制备条件苛刻、污染环境严重、产品
质量重现性差等问题，至今未形成很大的生产规模，多处于实验室阶
段。
目前，国内外纳米光催化剂的性能主要存在的问题包括：光催化
效应严格受紫外光光源限制；无表面纳米层包覆的锐钛矿型纳米TiO2
光催化剂有明显的光化学活性缺陷，对基体材料具有破坏作用；纳米
TiO2粉体分散不稳定。以上缺点严重限制了纳米TiO2的生产和光催
化技术的应用推广。
二、新技术的特点
北京化工大学首次开发了新型氯化法制备新技术，采用微乳法在
反应体系中产生无数“微反应器”，生成TiO2 前驱体，并使之形成
“成核数过饱和、晶体生长相对缓慢、晶粒晶型可控”的亚稳状态，
控制晶粒在5～30nm尺度完成金红石晶相转变。研究人员逐步摸索出
1套在纳米TiO2表面“原位接枝反应包覆改性”技术，通过“电荷
修饰”、“位阻效应修饰”和“表面基团修饰”使其在复合材料上能够
获得良好的分散性和相容性。由于包覆的无机层有效地阻隔晶格缺陷
释放新生态氧的向外扩散，以金红石晶相为主的纳米TiO2的光化学
稳定性提高；而且“表面纳米层包覆和半导体掺杂相结合”的技术为
能带结构提供亚能级和能级组合效应，使光催化激发光源拓宽。
三、优点和应用领域
采用新型氯化法，即溶胶－凝胶、过滤洗涤、真空干燥、高温煅
烧、表面无机和有机物的纳米层包覆处理等集成生产工艺，可以实现
“低成本、高品质、控制污染排放、易操作、便于工业化生产”的金
红石型纳米TiO2光催化剂的生产技术。该制备技术能够很好地控制
纳米颗粒尺寸、晶型以及表面纳米层的包覆结构，获得具有核壳结构
的金红石型纳米TiO2光催化剂。这种新型TiO2催化剂具有以下特点：
复合材料制备时易达到纳米级分散，对基体材料基本无破坏；赋予半
导体亚能级和阶梯能级的组合，显著增强光催化作用，光催化净化光
源不局限于紫外光，激发光源向长波方向扩展，可利用可见光等实现
光催化净化；具有很高的光化学稳定性和化学稳定性；无毒、无刺激
性、不产生二次污染、使用安全。
鉴于以上特点，新型氯化法制备的金红石型纳米TiO2光催化剂
可广泛应用于空气净化涂料、功能喷液、抗菌塑料、抗菌纤维、防霉
皮革、污水治理和土壤净化等领域。
四、产业化情况及前景
本项目申请了5项国家发明专利（4项已经授权），发表学术论
文30余篇，已经通过北京市科委鉴定。化大天瑞纳米材料技术有限
公司已被国家科技部批准为《国家科技成果重点推广计划》项目“亚
稳态氯化法TiO2制备及应用技术”的依托单位。现正建设200t/a纳
米TiO2生产线、5000t/a纳米TiO2复合涂料生产线、200t/a纳米TiO2
复合喷液生产线。
纳米TiO2功能涂料已在北京市规划局大楼、佑安医院、石家庄
人寿保险公司、凯悦饭店、万豪酒店等单位使用，工程总量达10万
m2，考察时间已达1年，环境净化效果突出，受用户一致好评。应用
于抗菌防霉聚氨酯人造革时，抗菌率可达95%，2003年9月至2004
年3月，该涂料已经为烟台万华超纤股份有限公司新增产值4590万
元、利税721万元。由于国内尚无大吨位纳米TiO2生产技术，高端
纳米TiO2生产技术被德固赛等公司垄断，本技术的研制成功结束了
我国高端纳米TiO2长期依赖进口的局面。
五、发展趋势和建议
纳米TiO2光催化技术可充分利用太阳能降解许多难以生物降解
或难以通过其他化学方法处理的有机物，可望在饮用水的消毒、杀菌
及去除工业废水中有机污染物和有毒无机离子、室内空气净化等方面
得到广泛的应用。但光催化涉及到材料、物理、化学、固体物理、催
化和环保等多个领域，有许多基础研究和实用工作需要完成。需要进
一步完善改进的工作有：
（1）进一步开发对可见光及黑暗处微弱光敏感、抗腐蚀、寿命
长、选择性好的高效快速的光催化功能材料；
（2）制备方法上重点选择原料易得、晶粒晶型及表面包覆层可
控、无污染的制备方法；
（3）切合实际，深入开展应用技术的研究，包括光催化材料的
复合功能设计，光催化剂固定化技术的设计，光催化处理装置的结构
设计，延长实际光催化活性的寿命，让光催化应用技术不受到紫外光
源的限制；
（4）继续探索纳米半导体表面态对光生非平衡载流子传输的影
响机制、界面光催化氧化机理、光催化作用受外场影响的规律。
（本项目获得技术发明二等奖）