模板/溶胶—凝胶法制备二氧化钛中空微球

论文摘要

本文首先通过分散聚合法制备了单分散性的聚丙烯酰胺模板微球。实验发现当聚乙烯吡咯烷酮/丙烯酰胺的质量比为60%且用偶氮二异丁基脒盐酸盐为阳离子引发剂而未加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（阳离子单体）时,聚丙烯酰胺模板微球形貌和单分散性最好。通过扫描电镜和透射电镜观察发现,聚丙烯酰胺模板微球具有良好的球形和单一的分散性。粒径分布表明,超过60%的聚丙烯酰胺模板微球的粒径都在400-500nm之间,单分散性指数（PDI）为1.15。随后,在以上实验基础上,以此微球作为制备二氧化钛中空微球的模板,控制水的浓度为0.8mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的质量比大致为0.5%且在较慢的磁力搅拌器搅拌下加入了四异丙氧基钛,带正电荷的聚丙烯酰胺微球能够通过静电作用快速吸附带负电荷的二氧化钛溶胶。扫描电镜和透射电镜表明聚丙烯酰胺/二氧化钛的复合微球被成功制备。由于聚丙烯腈高分子链间的作用力强且刚性较好,实验以聚丙烯腈微粒取代聚丙烯酰胺微球作为制备二氧化钛中空微球的模板。实验首先通过分散聚合法制备了单分散性的聚丙烯腈模板微粒。通过透射电镜观察发现,聚丙烯腈微粒具有较好的球形和单一的分散性。粒径分布表明,超过80%的聚丙烯腈微粒的粒径都在400-700nm之间,而据此数据计算出的单分散指数（PDI）为1.07。聚丙烯腈微粒的平均粒径随着丙烯腈单体质量比和乙醇/水质量比的提高先增大后减小;随着分散剂质量比减少、引发剂质量比的增加和搅拌速率的减小而增加。随后本文以形貌较好聚丙烯腈微粒为模板,控制水的浓度为0.8mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的质量比大致为1%且在较快速率机械搅拌下加入了四异丙氧基钛,发现聚丙烯腈微粒吸附了较少的二氧化钛,不能得到二氧化钛包覆完整的聚合物/二氧化钛复合微球;X射线衍射发现丙烯腈在聚合过程中出现了结晶现象。建议后续工作可以考虑加入单体与丙烯腈单体共聚破坏结晶,同时通过实验来确定共聚合物微球的临界粒径,当微球粒径大到一定程度的时候,结晶对其形貌不会有太大影响,以期能制备出形貌良好的模板微球,进而制备出二氧化钛中空微球;同时本文为后续工作提供了有力的理论和实验基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无机氧化物中空微球
• 1.1.1 无机氧化物中空微球概述
• 1.1.2 无机氧化物中空微球的制备方法
• 1.1.2.1 模板法
• 1.1.2.1.1 模板/溶胶－凝胶法
• 1.1.2.1.1.1 通过化学溶剂去核制备无机氧化物中空微球
• 1.1.2.1.1.2 通过高温煅烧去核制备无机氧化物中空微球
• 1.1.2.1.2 模板/层层自组装法
• 1.1.2.2 高温溶解和喷雾反应法
• 1.2.2.2.1 高温溶解法制备无机氧化物中空微球
• 1.2.2.2.2 喷雾反应法制备无机氧化物中空微球
• 1.1.2.3 水热和硬模板辅助法
• 1.1.2.4 超声化学法
• 1.1.2.5 界面自组装反应法
• 1.1.2.6 溶剂热法
• 1.1.3 无机氧化物中空微球的应用
• 1.1.3.1 无机氧化物中空微球在污水处理领域的应用
• 1.1.3.2 无机氧化物中空微球在药物控释系统中的应用
• 1.1.3.3 无机氧化物中空微球在隔热涂料中的应用
• 1.1.3.4 无机氧化物中空微球在轻质填料领域的应用
• 1.2 纳米二氧化钛及二氧化钛中空微球
• 1.2.1 纳米二氧化钛
• 1.2.2 二氧化钛中空微球
• 1.3 本论文工作提出
• 第二章 以聚丙烯酰胺微球为模板制备二氧化钛中空微球
• 2.1 引言
• 2.1.1 聚丙烯酰胺类微球的特点及其应用
• 2.1.2 分散聚合概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.1.1 实验试剂
• 2.2.1.2 实验仪器
• 2.2.2 实验制备
• 2.2.2.1 聚丙烯酰胺（PAM）模板的制备
• 2）核/壳微球的制备'>2.2.2.2 聚丙烯酰胺/二氧化钛（PAM/TiO₂）核/壳微球的制备
• 2）核/壳微球'>2.2.2.3 煅烧聚丙烯酰胺/二氧化钛（PAM/TiO₂）核/壳微球
• 2.2.3 聚丙烯酰胺模板微球、聚丙烯酰胺/二氧化钛复合微球及其煅烧 后产物的性能测试
• 2.2.3.1 偏光显微镜测试
• 2.2.3.2 扫描电镜（SEM）测试
• 2.2.3.3 透射电镜（TEM）测试
• 2.2.3.4 红外光谱（FTIR）测试
• 2.2.3.5 核磁共振谱图（NMR）测试
• 2.2.3.6 粒径分布测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 单分散性聚丙烯酰胺模板微球的分析测试
• 2.3.1.1 不同反应条件比对聚丙烯酰胺模板微球的影响
• 2.3.1.1.1 反应温度及时间的确定
• 2.3.1.1.2 搅拌条件对制备聚丙烯酰胺微球的影响
• 2.3.1.1.3 分散剂质量比对聚丙烯酰胺微球的影响
• 2.3.1.1.4 不同引发剂以及是否加入阳离子单体对聚丙烯酰胺微球的影响
• 2.3.1.2 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.1.3 透射电镜（TEM）及其粒径分析
• 2.3.1.4 红外光谱（FTIR）分析
• 2.3.1.5 核磁共振谱图（NMR）分析
• 2.3.2 聚丙烯酰胺/二氧化钛复合微球及其煅烧后的分析测试
• 2.3.2.1 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.2.2 透射电镜（TEM）分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 以聚丙烯腈微粒为模板制备二氧化钛中空微球
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 3.2.1.1 实验试剂
• 3.2.1.2 实验仪器
• 3.2.2 实验制备
• 3.2.2.1 单分散性聚丙烯腈微粒的制备
• 3.2.2.2 聚丙烯腈/二氧化钛核/壳微球的制备
• 3.2.3 聚丙烯腈微粒及聚丙烯腈/二氧化钛复合微球的性能测试
• 3.2.2.1 扫描电镜（SEM）测试
• 3.2.2.2 透射电镜（TEM）测试
• 3.2.2.3 X 射线衍射（XRD）测试
• 3.2.2.4 红外光谱（FTIR）测试
• 3.2.2.5 核磁共振谱图（NMR）测试
• 3.2.2.6 粒径分布测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单分散性聚丙烯腈模板微粒的分析测试
• 3.3.1.1 不同原料配比对聚丙腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.1.1 丙烯腈单体质量比对聚丙烯腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.1.2 分散剂的质量比对聚丙烯腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.1.3 引发剂的质量比对聚丙烯腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.1.4 乙醇/水的质量比对聚丙烯腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.1.5 旋转速率对聚丙烯腈微粒平均粒径的影响
• 3.3.1.2 扫描电镜（SEM）分析
• 3.3.1.3 透射电镜（TEM）分析
• 3.3.1.4 X 射线衍射（XRD）分析
• 3.3.1.5 红外谱图（FTIR）分析
• 3.3.1.6 核磁共振谱图（NMR）分析
• 3.3.2 聚丙烯腈/二氧化钛复合微球的分析测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 全文结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢