二氧化钛表面改性研究

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献

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院系：生化学院

专业：10环境工程

姓名：**

学号：************ 指导教师：***

日期：2012、5、2

纳米二氧化钛表面改性研究

姓名：林局学号：201010903024 摘要:纳米二氧化钛作为一种重要的无机功能材料,有着广泛的应用领域。它的应用使其表面改性技术也成为研究的一个热点。表面改性技术是提高性能、扩大应用领域的重要手段。对不同的纳米二氧化钛表面改性方法(无机改性和有机改性)和应用,特别是最常用的偶联剂法、表面活性剂法和聚合物包覆法进行了介绍,在此基础上提出了存在的问题,指出改善界面相容性,使纳米粒子在基材中均匀分散及稳定的必要性等,同时展望了今后的研究发展方向。关键词:二氧化钛;表面改性;包覆

Progress on surface modification of nano-titania

Lin ju Abstract:Nano-sized titania (TiO2) is an important inorganic function material,l which has wide application in many fields. It′s widespread application causes its surface modification technology becoming a hot spot of research.Meanwhile, surface modification is an important method to improve titania′s performances and to expand its application domain. In this paper, the aim and mechanism of TiO2modification were introduced. The different modification methods ( inorganic modification and organic modification) and their application were summarized. Especially the most commonly used methods, such as coupling reagent, surfactant and polymer coating methods were introduced in detail On these basis, the problems existed were put forwarded and the necessity of interface compatibility improvement, the uniform dispersedness of nano-particles in base material and stability control were pointed out.At the same time, further research direction was also proposed.

Key words:titania; surface modification; coating

1 引言

二氧化钛具有一些独特的性质，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，这些效应导致了纳米二氧化钛在光催化氧化、光电转换、化学反应性、光学与电学性质、磁性、相变温度等许多方面都显示出独特的性能，因而被作为一种重要的无机功能材料。目前，纳米二氧化钛已在光催化与环境工程、清洁能源、太阳能电池、涂料、日用化妆品、功能陶瓷以及湿度传感器等众

多方面表现出广阔的应用前景[1-7]。同时，由于二氧化钛/聚合物纳米复合材料并不是简单的无机相和有机相叠加，而是两相在纳米范围内的结合，它综合了无机、有机和纳米材料的优异性能，是集无机、有机和纳米粒子诸多特异性能于一身的新型材料，因此纳米二氧化钛的研究领域正在不断的扩大，进而引起了国内外研究者的广泛关注。

2 二氧化钛的表面改性研究现状

二氧化钛纳米粒子由于表面含有羟基，易吸附空气中的水分，呈现亲水性质，从而不易分散在有机相中，导致二氧化钛粒子与有机物之间存在严重的相分离现象。因此，在制备二氧化钛/聚合物纳米复合材料时，先要对纳米二氧化钛粒子进行表面改性，其目的是降低纳米粒子的表面能，改善二氧化钛的表面性质，提高粒子与有机相的亲和力，从而降低粒子的表面极性。按改性处理物质的不同分类，可分为无机表面改性和有机表面改性。

2.1 无机表面改性

无机表面改性就是在二氧化钛浆液中添加无机物改性剂，在适当的pH 下，使改性剂的金属离子以氢氧化物或水合氧化物的形式均匀沉积在二氧化钛颗粒的表面，形成包膜。由于二氧化钛本身有很强的光化学活性，在阳光照射下，特别是紫外线照射下易发生失活、黄变、粉化等现象，进而影响其使用性能。当在二氧化钛表面包覆一层无机物后，其抗粉化性、保色性、耐候性和光化学稳定性得到提高，黄变、粉化等现象得到明显的改善。铝和硅是最常见的无机物改性剂，控制A12O3含量及A12O3/SiO2的比例，二氧化钛颗粒的团聚现象减少，其在水中的分散性提高[8]。孙秀果[9]等人对二氧化硅包覆纳米二氧化钛进行了探讨，实验结果表明改性后的二氧化钛粉体在水溶液中的分散性和亲油性均得到明显的改善。

然而，只采用一种金属氧化物或氢氧化物作为改性剂，对二氧化钛的改性效果具有一定的局限性，因此在实际应用中可以采用多种改性剂对二氧化钛进行改性，即混合改性技术。混合改性是指在同一酸性或碱性条件下，用中和法同时将两种或两种以上的改性剂沉积到二氧化钛颗粒的表面。相关实验证明，单独采用铝作改性剂，改性后得到的二氧化钛其保光性与抗粉化性不如铝、硅共同改性的效果好。下面就简单介绍几种主要的无机包覆工艺：

2.1.1铝包覆

基本方法是往二氧化钛浆料中加入硫酸铝、偏铝酸钠等可溶性的铝盐，在均匀搅拌下用酸或碱中和至pH=9-10，使铝在二氧化钛颗粒表面以氢氧化铝沉淀析出，包膜的氧化铝约有50%一75%是以氧铝石薄水铝石(AlO(OH))形式存在，其余是