纳米TiO<,2>的表面改性及机理研究

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纳米TiO2作为一种新型无机功能材料,由于其表现出的优异性能而引起了人们的高度重视。但纳米TiO2在有机溶剂中极易团聚和其具有的光催化活性限制了其应用,因此,对其进行表面改性以封闭其光催化活性,并使它能在有机溶剂中很好地分散,成为了纳米TiO2能否得到广泛应用的关键所在。 本文用液相化学沉积法对纳米TiO2进行了氧化铝和氧化硅包覆以及硅铝氧化物复合包覆。用红外光谱(IR)、X衍射(XRD)、喇曼光谱等对包覆物的结构及物相进行了分析;用透射电镜(TEM)对包覆形貌进行了观察;采用X衍射荧光光谱仪(XRF)以及紫外-可见分光光度计测定包覆物的量和包覆颗粒的抗紫外线能力。还对无机包覆的颗粒进行了有机改性,通过煅烧失重法确定了有机包覆最大量。并研究了有机和无机改性颗粒的润湿性以及无机改性颗粒的分散性。 通过对包覆物的表征发现:包覆物都是无定型的;包覆的硅化合物是以Ti-O-Si键结合在TiO2表面的非晶态类似聚合硅胶的硅氧化合物;而通过改性所形成的铝化合物以AlOOH和无定性的Al(OH)3形式存在的。根据包覆条件的不同,纳米TiO2的最终无机包覆形态存在三种形式:局部包覆、核包覆、完整包覆;而完整致密的包覆膜对纳米氧化钛具有很好的屏蔽作用。这三种包覆形貌存在的形式,包覆物的过饱和度起着决定性作用。运用热力学的形核理论推出了异相形核所需过饱和度小于均相形核,即△c*<△c;而膜的长大不存在位垒。 在本试验条件下,浆料在pH值为10时充分搅拌分散,并在85℃~95℃,pH值为9~10的条件下同时加料中和60min,并沉化120min可得到完整的以SiO2计近5%的致密硅化合物包覆膜。在该条件下进行包铝处理也可得到铝化合物包膜,但在浆料为酸性时却更易得到核包覆。若搅拌不充分的条件下易得到局部包覆。对纳米TiO2进行膜包覆可以有效改善其在蒸馏水中的分散稳定性,并不同程度地提高其亲油性;而核包覆对其稳定性的影响却极其有限。 在硅烷偶联剂有机改性过程中,粉体表面的活性-OH为改性反应提供了场所,它的存在是有机改性能否成功的关键。硅烷偶联剂的最大包覆量可达到7%左右,但1.2%具有最好的亲油性;而当包覆量大于3%时,亲油性保持恒定,所以有机包覆量最好小于3%,1.2%左右尤佳。 表面包覆改性不会削弱纳米二氧化钛的紫外线吸收性能,在紫外线低波段还会增强其抗紫外线的能力。
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