论文摘要
TiO2具有良好的白度、消色力、遮盖力等特点,在涂料、光催化剂、化纤、陶瓷、无机填料等有着广泛的应用。将TiO2粉体制成球形,可提高TiO2粉体的流动性和分散性,改善其使用效果。基于钛醇盐水解、缩聚反应的溶胶-凝胶法是广为采用的制备TiO2粉体的途径。但钛醇盐极易水解,这为控制TiO2粉体的形貌、分散性等造成困难。如何控制钛醇盐的水解速度是制备球形TiO2的难点。采用非水性溶剂、反应活性较低的钛源,或通过酯化反应产生的水来提供钛醇盐水解所需要的水来降低钛醇盐的水解速度是制备二氧化钛微球的可用手段。实验以钛酸四丁酯和钛酸异丙酯为钛源,通过溶剂蒸发法制备了二氧化钛微球。研究了醇种类、醇用量、水钛比及电解质对二氧化钛微球的形成、形貌及晶相等的影响,采用扫描电镜、X射线衍射、差热-热重分析等手段对二氧化钛微球的形成、形貌与晶相进行了详细研究,并对二氧化钛微球的形成机理进行了初步探讨。测定了所得二氧化钛微球的光催化降解有机物的效果。组成不同的钛酸四丁酯-乙醇-水反应液经搅拌、自然蒸发、干燥、煅烧可制得粒径为0.5μm1μm的锐钛矿或金红石型二氧化钛微球。扫描电镜观察证实这些微球是由粒径为几十个纳米的小颗粒自组装而成。实验结果显示,随着水钛摩尔比的增加,微球的尺寸减小;当水钛比由0.3增加至0.5时,微球的分散性有所提高,水钛比超过0.8时,微球团聚严重。水钛比为0.5时,醇用量对二氧化钛微球的形成有重要影响。当醇水比为168和280时才有二氧化钛微球形成。实验还研究了上述反应体系中加入不同浓度的Nacl溶液对二氧化钛微球分散性的影响。结果表明,当Nacl溶液的浓度小于1mol/L时,有助于提高二氧化钛的分散性,当Nacl溶液的浓度增加至4mol/L时,体系中没有球形二氧化钛微球生成。光催化实验结果表明,分散性较好的二氧化钛微球对甲基橙有较好的降解效果。研究表明,醇种类对钛酸异丙酯水解、缩聚制备二氧化钛微球有显著影响。甲醇和乙醇为溶剂时不能形成二氧化钛微球,而在正丙醇和异丙醇中有少量二氧化钛微球形成,但团聚较严重;在正丁醇和正戊醇中生成的二氧化钛微球的分散性较好。在异丙醇体系中,随着水钛比的增加,颗粒越来越小,当水钛比增加至4时,体系中没有成球;而醇用量的增加产生的效果正好相反。在正丁醇和正戊醇体系中适当增加水钛比,有利于二氧化钛微球的形成。随着醇用量的增加,小粒径球的数量逐渐增多。钛酸异丙酯在丁醇体系中的水解产物随着煅烧温度的升高,结晶效果越来越好,经历了从无定型向锐钛矿的转变以及由锐钛矿向金红石的转变。对比分析显示,金红石相二氧化钛光催化降解罗丹明6G的效果优于锐钛矿相的。