纳米二氧化钛粉体的表面包覆及性能研究

【摘要】： 纳米TiO_2是一种附加值很高的功能精细无机材料，尺寸约在1-100nm之间。由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米TiO_2产生了块状材料所不具备的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而具备良好的耐侯性、耐化学腐蚀性、且抗紫外线能力强、透明性优异。但在实际的应用当中，由于其极性强，易团聚，致使纳米TiO_2优异性能得不到充分的发挥，严重的影响了纳米TiO_2的应用。因此纳米TiO_2粉体的改性是纳米材料科学的一个研究热点。 虽然做TiO_2粉体改性工作的人很多，但系统的、规律性地研究改性的影响因素以及改性后产品性能变化的很少。对其改性机理的研究则更少，对改性后产品的表征也不完善。鉴于现有对纳米TiO_2改性存在的某些不足，本论文提出采用并流中和法，对不同粒径的纳米TiO_2进行包硅改性，详细地研究了各种条件对包覆效果的影响及原因，并探索了致密二氧化硅膜的形成机理，利用各种测试手段综合分析改性前后产品的性能变化，为表面改性纳米TiO_2的工业化生产提供了理论和实践依据，这也是本论文工作的创新之处。 下面就论文主要工作详述如下： (1)不同粒径锐钛型纳米TiO_2的制备 为了使各种包覆条件和改性前后性能比较具有可比性，我们首先在分析前人工作和文献的基础上，选取TiCl_4为原料，采用沸腾回流法成功制备了足量不同粒径锐钛矿型球形纳米TiO_2，作为后面研究的原料。并对该原料进行了粒度分布测定、透射电子显微镜检测和X射线衍射表征。 (2)锐钛型纳米TiO_2在水中分散行为的研究 在实验过程中我们注意到，由于改性处理通常在水溶液中进行， 分散的好坏直接影响包覆的效果。只有二氧化钛处于高分散的状态 下，才有利于包膜。因此我们首次提出利用分光光度法，进行纳米二 氧化钛在水溶液中分散行为的研究。详细讨论了各种条件如固液比、 分散时的pH值、分散剂的量等对TIOZ在水中分散的影响，从而确定 ＊适宜的分散条件。实验结果表明：加入量为二氧化钛质量0．8％的硅酸 钠作为分散剂，调 pH值为 8～10，超声分散约 10分钟可以使纳米 ＝ 氧化钛在水溶液中获得良好稳定的分散。通过测定粒度分布和二电位 两种方法对上述结果进行验证，与分光光度法所得结论吻合良好。该 法与其它方法相比较，具有直观、省时而且准确度较好等优点。 m纳米级二氧化钛包硅过程及形成机理研究 本文采用并流中和沉积法，对不同粒径的纳米卫。包硅改性，系 统研究了加硅酸钠方式、中和速度、包膜时pH值、改性温度、加硅 酸钠浓度及反应时间、陈化时间等对产物包覆效果的影响。讨论了各 种条件对包覆效果的影响以及原因，探索致密二氧化硅膜的形成机 理。确定了SIOZ的最大包覆含量。 O）包硅改性纳米h。的表征和性能研究 利用红外光谱仪、X射线衍射仪、X－射线能谱仪及比表面测定仪 对产物进行了表征。 利用紫外吸收光谱仪、粒度分布仪等对包硅改性前后的卫。进行 了性能测定比较。通过对不同中和速度产品、不同包硅量产品的紫外 吸收测定，所得结论与观察TEM照片结论一致。分光光度法、粒度 分折法及沉降法结果都表明：包膜改性后的TIOZ分散性、酸溶性等都 得到了明显的改善。