工藝參數(shù)對(duì)TiO2粉體表面有機(jī)改性效果的影響

于 淼，彭淑靜，張廣謀

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 遼寧 錦州 121001)

工藝參數(shù)對(duì)TiO2粉體表面有機(jī)改性效果的影響

于 淼，彭淑靜，張廣謀

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 遼寧 錦州 121001)

利用兩種溶膠-凝膠工藝制備了TiO2粉體，并對(duì)TiO2表面進(jìn)行有機(jī)改性。結(jié)果表明：Ⅰ號(hào)工藝更好，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，適宜的有機(jī)改性條件為：改性劑為月桂酸鈉，改性時(shí)間為30 min、改性溫度為40 ℃、有機(jī)改性劑的用量為10 %、在環(huán)己烷中的親油化度值為0.61 g。

TiO2；表面改性；親油化度

納米TiO2具有低熔點(diǎn)、光吸收性能良好、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光催化、太陽(yáng)能電池、涂料、功能陶瓷以及日用化妝品等領(lǐng)域[1-2]。但未經(jīng)處理的納米TiO2表面具有親水性，在有機(jī)介質(zhì)中不易分散，而且其粒徑的微細(xì)化往往導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象和粒徑的增加[3-4]。因此，為了改善其配伍性能，減輕團(tuán)聚，TiO2粉體表面進(jìn)行有機(jī)處理研究是很有意義的。本文采用溶膠-凝膠法制備TiO2粉體，并對(duì)TiO2粉體表面進(jìn)行有機(jī)處理，研究TiO2粉體在有機(jī)介質(zhì)中的親油化度性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 TiO2光催化劑的制備與改性

將鈦酸四丁酯緩慢滴入由冰醋酸酸化的蒸餾水中，得到TiO2溶膠，分別在50 ℃和100 ℃真空干燥12 h，800 ℃焙燒2 h，研磨，得到TiO2粉體。接著對(duì)粉體進(jìn)行改性，取TiO2粉體0.8 g于燒杯中，再加入40 mL水和2.4 g分散劑六偏磷酸鈉，分散打漿，用鹽酸調(diào)至一定pH值。另外取一定量的有機(jī)改性劑溶于無(wú)水乙醇，分散30 min后，緩緩倒入上述溶有TiO2的溶液中，邊攪拌邊加熱，反應(yīng)一段時(shí)間后，真空抽濾，于60 ℃下干燥30 min，取出后研磨，即得改性納米TiO2粉體。

1.2 親油化度性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每考察一個(gè)變量對(duì)親油化度的影響時(shí)，所取TiO2粉體都是0.8 g，為了分散更均勻，將粉體倒入環(huán)己烷后超聲分散30 min，再經(jīng)抽濾、烘干，稱重。通過(guò)測(cè)粉體沉降質(zhì)量的多少來(lái)衡量測(cè)親油化度的好壞，沉降的質(zhì)量少，親油化度好，相應(yīng)的改性效果就好。

2 結(jié)果與分析

2.1 制備工藝對(duì)親油化度的影響

在圖1中(a)、(c)分別為Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)工藝TiO2粉體改性前在環(huán)己烷中的宏觀圖，(b)、(d)分別為Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)工藝TiO2粉體改性后在環(huán)己烷中的宏觀圖。由圖中看出，未改性TiO2粉體在環(huán)己烷中基本不溶，所制得TiO2粉體屬于親水性，而改性后的TiO2粉體有部分溶于環(huán)己烷?？梢钥闯觯男院蟛糠諸iO2粉體屬于親油性。Ⅰ號(hào)工藝下，改性前TiO2粉體溶于環(huán)己烷后烘干稱其質(zhì)量0.74 g，改性后TiO2粉體溶于環(huán)己烷烘干稱其質(zhì)量為0.61 g；Ⅱ號(hào)工藝下，改性前TiO2粉體溶于環(huán)己烷烘干后稱其質(zhì)量為0.72 g，改性后TiO2粉體溶于環(huán)己烷烘干稱其質(zhì)量為0.64 g。從質(zhì)量上可以推斷Ⅰ號(hào)工藝改性較好。

圖1 納米TiO2未改性及改性的宏觀照片

2.2 改性劑種類對(duì)親油化度的影響

圖2是表面改性劑對(duì)親油化度的影響，表面處理劑有四種，分別為：鈦酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)硅烷、月桂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉。從柱狀圖中可以看出月桂酸鈉的沉降質(zhì)量最少，說(shuō)明月桂酸鈉的親油化度最大，即月桂酸鈉對(duì)TiO2粉體親油化度的影響最大，所以月桂酸鈉是最佳表面改性劑。

圖2 改性劑種類對(duì)親油化度性能的影響

2.3 改性溫度對(duì)親油化度的影響

圖3為不同改性溫度下TiO2粉體的親油化度值?？梢钥闯?，當(dāng)改性溫度在40 ℃時(shí)，改性后沉降質(zhì)量達(dá)到最少，說(shuō)明親油化度大，改性效果好，繼續(xù)升高改性溫度，改性后的沉降質(zhì)量反而增加了，該結(jié)果表明，適宜的改性溫度為40 ℃。

圖3 改性溫度對(duì)親油化度的影響

2.4 改性時(shí)間對(duì)親油化度的影響

圖4 改性時(shí)間對(duì)親油化度的影響

圖4為改性時(shí)間對(duì)親油化度的影響?？梢钥闯觯S著改性時(shí)間的增加，TiO2粉體的剩余質(zhì)量是減少的，當(dāng)改性時(shí)間在30 min時(shí)，改性后剩余質(zhì)量達(dá)到最少，說(shuō)明在該改性時(shí)間下親油化度大，改性效果好。繼續(xù)延長(zhǎng)改性時(shí)間，改性后的剩余質(zhì)量反而增加了，在改性時(shí)間在120 min時(shí)，改性后質(zhì)量有所下降，但所達(dá)到的值沒有在30 min時(shí)質(zhì)量所達(dá)到的值小。月桂酸鈉對(duì)TiO2的改性主要是物理吸附，由于物理吸附速率很快，所以改性時(shí)間選30 min即可。

2.5 改性劑用量對(duì)親油化度的影響

圖5為改性劑用量對(duì)親油化度的影響?？梢钥闯觯S著改性劑用量的增加，TiO2粉體的剩余質(zhì)量是逐漸減少的，當(dāng)改性劑用量達(dá)到10 %時(shí)，沉降質(zhì)量達(dá)到最少，為0.61g。改性劑用量是影響改性效果最重要的因素之一，改性劑用量過(guò)小，達(dá)不到改性要求，用量過(guò)大，不僅增加成本，而且還可能引起粉體的團(tuán)聚，對(duì)產(chǎn)品的耐水性、光澤等產(chǎn)生不良后果[5]。故選擇最佳改性劑用量為10 %。

圖5 改性劑用量對(duì)親油化度的影響

3 結(jié)論

采用兩種溶膠-凝膠工藝制備了二氧化鈦粉體，并采用有機(jī)改性劑對(duì)粉體進(jìn)行了改性，考察了兩種制備工藝、改性劑的種類、改性溫度、改性時(shí)間和改性劑用量對(duì)二氧化鈦粉體在環(huán)己烷中親油化度性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ⅰ號(hào)制備工藝比Ⅱ號(hào)工藝好。適宜的TiO2粉體改性工藝參數(shù)為：改性劑種類選月桂酸鈉，改性劑用量為10 %，改性溫度為40 ℃，改性時(shí)間為30 min。親油化度值為0.61 g。

[1] 尹 峰,林瑞峰,林 原,等. TiO2表面電子結(jié)構(gòu)及其光催化活性[J].催化學(xué)報(bào), 1999, 20(3): 343-346.

[2] 徐存英,段云彪. 納米二氧化鈦在防曬化妝品中的應(yīng)用[J]. 云南化工, 2004, 31(3): 36-38.

[3] 王琳琳, 秦少雄, 李延明, 等. 納米TiO2的表面改性研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 6(4): 161-164.

[4] 李曉娥, 鄧 紅,樊 安,等. 納米TiO2粉體的表面有機(jī)處理研究[J]. 西北大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 32(5): 523-525.

[5] 徐存英, 段云彪, 張鵬翔, 等. 納米二氧化鈦的表面改性研究[J]. 云南化工, 2000, 27(5): 6-7.

InfluenceofProcessParametersonSurfaceOrganicModificationofTiO2Powder

YuMiao,PengShujing，ZhangGuangmou

(Department of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

In this paper, TiO2powders were prepared by two different sol-gel methods and were modified by organic modifier. The results show that TiO2powders prepared by the first sol-gel process is better than the second one. The optimum conditions for the modification of TiO2powders are as follows: the organic modifier is sodium laurate, modification time is 30 min, modification temperature is 40 ℃, the amount of sodium laurate is 10%. Under these conditions, the degree of lipophilicity in cyclohexane is 0.61 g.

TiO2; surface modification; lipophilicity

2017-09-26

遼寧省教育廳一般研究項(xiàng)目(L2015236)

于 淼(1996—)，遼寧省遼陽(yáng)市人，遼寧工業(yè)大學(xué)，化學(xué)工程與工藝；通訊作者：彭淑靜(1982—)，女，江西省上高縣人，遼寧工業(yè)大學(xué)講師，獲博士學(xué)位，主要從事粉體材料研究。

O 621.4

A

1008-021X(2017)22-0007-02

(本文文獻(xiàn)格式：于淼，彭淑靜，張廣謀.工藝參數(shù)對(duì)TiO2粉體表面有機(jī)改性效果的影響[J].山東化工，2017，46(22)：7-8.)