1．目的及意义

1.1设计选题的目的及意义

随着人们生活水平的不断提高,越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。同时,产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。因此,环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视,已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。在解决能源危机方面,通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。二氧化钛因其高稳定性,无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料，不仅如此，它还是优良的传感器的气敏元件、催化剂载体或吸附剂,也是制备功能陶瓷、高级涂料的重要原料, 是目前应用最为广泛的纳米光催化材料之一。目前，扩散火焰是合成TiO2纳米颗粒的方法之一。

1.2国内外的现状

火焰合成，是时下生产纳米粒子很有效可行的制造工艺。行业领先者Cabot，Cristal Global，DuPont和Evonik使用火焰产生的纳米颗粒包括炭黑，气相二氧化硅和TiO2 。该行业面临的一个主要挑战是，火焰反应器通常是为单一产品而建造的，而修改反应堆操作参数（包括温度，燃料与氧化剂比率以及前体加载速率）的可能性是有限。因此，开发火焰反应器非常重要，因为火焰反应器可以提供各种各样的生长参数，并且可以轻松缩放，特别适用于生产先进材料，特别是新一代金属氧化物。一个这样的发展是使用多扩散火焰或通常称为多元素扩散火焰燃烧器（MEDB，Hencken Burner）。它由一系列针管组成，可用于输送燃料（正常扩散）或氧化剂（反向扩散）。使用蜂窝来对准针管，针管由用于氧化剂（正常扩散）或燃料（反向扩散）的运输的开孔所包围。这种结构导致许多小而紧密间隔的扩散火焰。 MEDB的使用提供了几个关键优势。首先，由于燃料，氧化剂和前体的混合发生在燃烧器外部，所以避免了在建立火焰之前发生的不希望的反应。二是，通过使用扩散火焰，避免了与预混火焰有关的许多限制，例如回火和火焰速度。这使得燃烧器可以在广泛的燃料丰富或燃料贫乏的条件下运行。最后，燃烧器可以很容易地用于大规模生产纳米材料。由于这些原因，MEDB的使用吸引了合成研究人员的关注^[2]。Wooldridge等人^[10]首先报道了使用MEDB纳米材料的增长。以不同的总体当量比（0.47-2.16）合成二氧化硅（SiO2）纳米粒子，其中硅烷作为前体。进行详细的温度测量以显示温度分布在径向和燃烧器上方的各种高度处均匀。Hall等人^[11]报道了用四甲基锡作为前体的金属锡，一氧化锡（SnO）和二氧化锡（SnO2）的生长。Nasir K.等人^[11]使用MEDB在大气压下合成TiO 2。使用来自Sigma-Aldrich的四异丙醇钛（TTIP）（纯度97％）作为前体，将其通过混合泵注入蒸发器中，使用氩气（Ar），氢气（H2）和乙烯（C2H4）的组合作为前体载气 。而胡彦杰、李春忠等人^[9]利用多重射流氢氧焰燃烧反应器,通过控制进料方式,以TiCl4和SiCl4为原料合成了具有典型核壳结构的纳米TiO2/SiO2复合颗粒,并分析了氢氧焰燃烧合成过程中核壳结构的形成机理。本次课题通过对扩散火焰制备纳米材料的研究，设计一种符合实验室要求的用来合成TiO2的多重扩散火焰燃烧器,比设计一种利于收集TiO2的收集系统。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施