爆轰法合成氧化钛纳米粉研究

论文摘要

爆轰法是通过引爆由无机盐、有机盐、金属粉和含水氧化物等前驱体和炸药组成的爆炸混合物,在爆轰产生的高温、高压条件下制备纳米粉体的一种合成技术。该方法具有操作简单,易于控制,高效、经济和节能等特点。本文首先从理化特性、制备和应用等方面综述了纳米氧化钛的研究和应用进展,对爆轰合成纳米粉体的演变过程也进行了综述。然后针对现有制备方法存在的缺陷,和目前氧化钛纳米粉的产量尚无法满足当前和今后市场需求的特点,指出探索合成新方法仍然是纳米氧化钛研究的一个重要方向。鉴于爆轰法在制备纳米粉体方面的独特性和新颖性,本文最后从以下方面对爆轰合成纳米氧化钛粉体进行了研究:1.以硫酸氧钛为钛源,引爆由氧化钛前驱体、硝酸铵和黑索金组成的混合炸药,进行爆轰合成氧化钛纳米粉的实验研究,对纳米氧化钛的结构和性质进行表征;结合爆轰理论计算和实验测量得到爆热、爆温和爆速等爆轰参数。从实验可行性,影响因素如混合物密度、炸药含量、含水率和爆轰参数等出发,优选合成配方。2.研究在热处理和浓硝酸与铬酐强氧化除杂过程中纳米氧化钛的晶粒形貌、粒径尺度的变化情况,对爆轰合成的氧化钛纳米粉在热处理过程中的生长动力学过程进行详细研究。进行光催化降解甲基橙溶液的试验研究,讨论溶液初始浓度、环境温度、氧化钛的用量、平均晶粒度、氧化钛相组成、超声波分散、溶液酸碱度、光照强度和光照时间等对光催化降解甲基橙溶液降解速率的影响。3.借助X-射线衍射理论系统地研究爆轰对爆轰合成的纳米发光粉和纳米氧化钛的微观结构的影响,揭示出爆轰对纳米粉体微结构的基本规律。研究表明:制备过程、制备方法、炸药含量、爆轰温度和后续热处理过程等因素都会不同程度的影响纳米粉体的微结构。提出颗粒粒度是晶格畸变程度最直接的反映的论断,初步解释在爆轰条件下晶格畸变产生的原因。4.应用爆轰理论分析爆轰过程中纳米氧化钛的成核,长大行为。结合理论计算和实验测量,利用爆轰参数与纳米氧化钛相组成之间的关系分析纳米氧化钛在高温高压条件下的相变过程,应用热力学理论揭示出纳米氧化钛熔点和颗粒效应之间的关系。基于合理假设,初步分析纳米级氧化钛前驱体和微米级氧化钛前驱体聚团在爆轰过程中的传热行为。给出以硫酸氧钛为钛源爆轰合成氧化钛纳米粉的合成机理的初步解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 纳米科技
• 1.2 历史沿革
• 1.3 氧化钛的理化性质
• 1.3.1 晶体结构特性
• 1.3.2 光化学特性
• 1.3.3 光电转换特性
• 1.3.4 杂化磁性特性
• 1.3.5 紫外吸收特性
• 1.3.6 随角异色特性
• 1.4 纳米氧化钛的应用
• 1.5 纳米氧化钛合成概况
• 1.5.1 气相合成法
• 1.5.2 液相合成法
• 1.6 爆轰合成纳米粉
• 1.7 选题意义及研究内容
• 1.7.1 选题意义
• 1.7.2 研究内容
• 2 爆轰合成纳米氧化钛粉体
• 2.1 实验原料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验主要流程
• 2.3 纳米氧化钛的表征
• 2.3.1 氧化钛前驱体的表征
• 2.3.2 高密度混合炸药合成纳米氧化钛
• 2.3.3 中低密度混合炸药合成纳米氧化钛
• 2.4 爆轰参数估算与测量
• 2.4.1 爆轰参数估算
• 2.4.2 具体计算过程
• 2.4.3 爆速的测量
• 2.5 本章小结
• 3 后续处理研究
• 3.1 引言
• 3.2 高温煅烧处理
• 3.2.1 样品表征
• 3.2.2 晶粒生长动力学
• 3.3 强氧化除杂研究
• 3.3.1 实验操作过程
• 3.3.2 结果和讨论
• 3.4 本章小结
• 4 纳米氧化钛光催化性质研究
• 4.1 光催化反应机理
• 4.2 光催化降解试验
• 4.2.1 实验设备和试剂
• 4.2.2 最大工作波长
• 4.2.3 绘制标准曲线
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 空白试验
• 4.3.2 初始液浓度的影响
• 4.3.3 初始酸度值的影响
• 4.3.4 超声波分散的影响
• 4.3.5 杂质对降解率影响
• 4.3.6 氧化钛用量的影响
• 4.3.7 成份和晶粒度的影响
• 4.3.8 光照时间的影响
• 4.4 本章小结
• 5 爆轰对微结构的影响
• 5.1 影响纳米发光粉体的微结构
• 5.1.1 纳米发光粉体的制备
• 5.1.2 纳米发光粉体的余辉性质研究
• 5.1.3 影响纳米发光粉的微结构
• 5.2 影响纳米氧化钛的微结构
• 5.2.1 纳米氧化钛的制备研究
• 5.2.2 纳米氧化钛的表征研究
• 5.2.3 前驱体不同对微结构的影响
• 5.2.4 炸药量不同对微结构的影响
• 5.3 晶格畸变产生的原因分析
• 5.4 本章小结
• 6 氧化钛前驱体传热分析
• 6.1 弹道—扩散热传导方程
• 6.2 纳米氧化钛前驱体传热模型
• 6.3 颗粒内部温度场分析
• 6.3.1 氧化钛前驱体热传导系数的估算
• 6.3.2 纳米氧化钛前驱体温度分布
• 6.3.3 结果与结论
• 6.4 微米氧化钛前驱体聚团的温度场分析
• 6.4.1 Fourier定律适应性
• 6.4.2 传热方程的建立
• 6.4.3 结果与讨论
• 6.5 本章小结
• 7 纳米氧化钛爆轰合成机理研究
• 7.1 爆轰理论
• 7.2 氧化钛热力学研究
• 7.2.1 冲击引起的熔化、固化和汽化
• 7.2.2 纳米氧化钛相变热力学
• 7.2.3 纳米氧化钛的熔点变化
• 7.3 碳的形成原因分析
• 7.4 爆轰合成机理研究
• 7.5 解释表面熔化现象
• 7.6 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 存在问题及展望
• 8.2.1 存在问题
• 8.2.2 展望
• 参考文献
• 附录A 主要实验材料的物化性质
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢