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钛液低温制备纳米TiO_2及在造纸中的应用研究

李宗任  
【摘要】: 纳米二氧化钛的物理化学性质稳定,无毒无味,且具有优良的光学、电学特性和卓越的颜料性能,在造纸和其它相关工业领域有广泛的应用。由于纸是一种大众化使用产品,造纸具有规模化生产特点,降低纳米二氧化钛的生产成本是其在造纸工业中广泛应用的关键。 本文以钛白粉企业的中间产物工业钛液为原料,采用低温液相法制备了锐钛矿型和金红石型二氧化钛粉体,降低了纳米二氧化钛的生产成本。用红外光谱、X射线衍射、激光散射粒径分析、比表面积分析、X射线能谱仪、高分辨率电镜、透射电镜、原子力显微镜和扫描电镜等对粉体的晶型、比表面、粒径分布、表面元素和微观形貌等进行表征;探讨了纳米粒子在水相介质的分散状况;研究了所制备的金红石型纳米二氧化钛在造纸中代替钛白粉的应用。 通过加入碳酸钙来除去工业钛液中的硫酸,然后加入硝酸和分散剂聚乙二醇-2000,在低温液相条件下制备出二氧化钛,结果表明,制备的纳米二氧化钛呈球形,粒径分布为4-10 nm,比表面积为139.57 m2/g,晶型为锐钛矿;另一种制备途径是通过扩散渗析降低工业钛液的酸度,然后在低温液相条件下制备出锐钛矿型纳米二氧化钛,平均粒径是12 nm,比表面积为258.1 m2/g,样品结晶度好;将扩散渗析处理后的钛液,加入催化剂和硫酸,直接在100°C下冷凝回流加热4小时制备出平均粒径为30 nm,结晶度良好的球型金红石型纳米二氧化钛粉体。 以氯化铵、柠檬酸三钠和六偏磷酸钠作为分散剂探讨了金红石型纳米粒子在水中的分散情况,并使用激光粒度分析仪对TiO2的粒径分布和Zeta电位进行了表征分析,得出六偏磷酸钠对纳米二氧化钛的分散性最好。 在抄纸过程中添加金红石型纳米TiO2代替钛白粉作为填料,通过比较二者对纸张性能的影响发现,在抄纸过程中添加相同量的纳米TiO2和钛白粉,添加纳米TiO2纸张的性能明显较钛白粉优越。


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