油溶性二氧化鈦納米顆粒的制備及其機(jī)理研究.pdf

1、二氧化鈦納米顆粒在抗菌、染料、食品、化妝品、催化劑以及太陽能電池等方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值，其制備方法及相關(guān)應(yīng)用的研究在持續(xù)升溫。關(guān)于納米二氧化鈦的制備方法有很多，如:水熱法、高溫煅燒法、溶膠-凝膠法、微乳液法等。水熱法和溶膠-凝膠法制備得到的二氧化鈦納米顆粒是親水性的，限制了其在有機(jī)環(huán)境中的應(yīng)用;高溫煅燒法制備的二氧化鈦納米顆粒要求高溫，而且易導(dǎo)致團(tuán)聚;微乳液法雖制備出油溶性二氧化鈦顆粒，但成本高產(chǎn)量低，而且操作復(fù)雜。還有少數(shù)油溶性二氧化

2、鈦納米顆粒的制備方法是將水溶性的二氧化鈦顆粒進(jìn)行表面改性，使其具有親油性，這種方法操作也較為復(fù)雜，而且會(huì)影響納米顆粒的光催化性能。
　　 親油性納米二氧化鈦將極大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，如將二氧化鈦納米顆粒整合到尼龍織物上，可提高其拉伸性能;將疏水性二氧化鈦顆粒摻雜到汽車涂料中，有自清潔功能;還可根據(jù)二氧化鈦的殺菌特性，將其添加到油污環(huán)境中，避免某些細(xì)菌的滋生。本文采用兩種方法制備油溶性二氧化鈦納米顆粒，溶劑熱法和油水界面法。通過兩種方

3、法探討不同實(shí)驗(yàn)條件及表面活性物質(zhì)對(duì)合成顆粒形態(tài)和粒徑的影響，初步提出了二氧化鈦納米顆粒的形成機(jī)理，尤其是油水界面法的機(jī)理。本文還對(duì)二氧化鈦納米顆粒進(jìn)行了修飾，進(jìn)一步擴(kuò)大其用途。
　　 本文主要研究成果如下:
　　 (1)采用溶劑熱法制備油溶性二氧化鈦納米顆粒，以正鈦酸四丁酯為鈦源，十二胺為表面活性物質(zhì)，水解后的氫氧化鈦混合物為前驅(qū)，環(huán)己烷為有機(jī)溶劑。探討了不同反應(yīng)條件對(duì)顆粒形態(tài)和粒徑的影響。結(jié)果表明:在陳化溫度高于100

4、℃，陳化時(shí)間長于24h時(shí)，合成顆粒平均粒徑為7.9-20.4 nm，顆粒粒徑隨水溶液pH的升高和反應(yīng)時(shí)間的延長而增大，隨反應(yīng)溫度的升高和十二胺濃度的增大而減小。
　　 (2)采用油水界面法制備油溶性二氧化鈦納米顆粒時(shí)，以正鈦酸四丁酯為鈦源，不同碳鏈長度的脂肪胺為表面活性物質(zhì)，探討不同反應(yīng)條件對(duì)合成顆粒形態(tài)和粒徑的影響。其結(jié)果如下:己二胺制備的顆粒為水溶性的，正己胺、正庚胺、正辛胺、十二胺和十六胺制備的顆粒均為油溶性的，且顆粒粒徑

5、隨脂肪胺碳鏈的增長而變小;在考慮表面活性物質(zhì)濃度對(duì)顆粒形態(tài)和粒徑的影響時(shí)，以正辛胺為表面活性物質(zhì)，濃度范圍為0.05-0.25 mol/L。當(dāng)正辛胺濃度不高于0.05 mol/L時(shí)，產(chǎn)物大部分在水相，當(dāng)其濃度高于0.10 mol/L時(shí)，油相產(chǎn)物產(chǎn)率基本為100％，且顆粒粒徑隨正辛胺濃度增大而減小。GC-MS測試表明，產(chǎn)物顆粒單位表面積吸附的正辛胺濃度隨油相中其平衡濃度增大而增大;當(dāng)正辛胺起始濃度為0.25 mol/L，顆粒表面吸附的正辛

6、胺基本達(dá)到飽和。在水相pH為4.0-11.0范圍內(nèi)時(shí)，制備的顆粒均為銳鈦礦，且顆粒粒徑隨水相pH增大而增大。
　　 (3)本論文中初步提出了二氧化鈦納米顆粒的形成機(jī)理，重點(diǎn)探討油水界面法制備二氧化鈦的機(jī)理。水相pH會(huì)影響氫氧化鈦前驅(qū)濃度，從而影響納米晶的成核: pH越高，水解生成的氫氧化鈦前驅(qū)濃度越低，生成的晶核數(shù)量少，最后得到較大粒徑的顆粒;反之，氫氧化鈦前驅(qū)濃度越大，形成的晶核越多，得到的顆粒粒徑就小。表面活性物質(zhì)的吸附對(duì)制

7、備粒徑均一的分散在油相中的納米顆粒有著決定性作用:較高反應(yīng)溫度和較大的表面活性物質(zhì)濃度都能促進(jìn)表面活性物質(zhì)的快吸附，從而得到粒徑分布較窄且粒徑較小的顆粒;較低的反應(yīng)溫度和較低的表面活性物質(zhì)濃度導(dǎo)致表面活性物質(zhì)的慢吸附，得到多分散的顆粒。
　　 (4)本文還對(duì)二氧化鈦納米顆粒進(jìn)行了改性研究，以硬脂酸銀為原料，摻雜納米銀顆粒，結(jié)果XRD和紫外圖譜均證實(shí)了摻雜的是銀單質(zhì)，硬脂酸銀在反應(yīng)過程中被還原了。當(dāng)以正辛胺為表面活性物質(zhì)的同時(shí)，添