微細(xì)球形TiO-,2-可控制備過程及其動力學(xué)研究.pdf

1、粒度小、粒徑分布窄、分散性好的微細(xì)球形二氧化鈦具有比表面積大、白度好、折射率高、耐光、耐候性好、化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用在涂料、塑膠、油墨、造紙、冶金、化妝品等領(lǐng)域。
　　 目前，高品質(zhì)微細(xì)球形TiO2的工業(yè)化生產(chǎn)工藝僅被少數(shù)國家所掌握，顆粒的分散性和粒徑分布是該工藝需解決的核心問題。當(dāng)前中國國內(nèi)化纖和高級油墨用TiO2幾乎全部進(jìn)口。雖然采用鈦醇鹽或酯類等昂貴體系，可以制備出分散性好、粒徑分布窄的化纖和高級油墨用微細(xì)球形

2、TiO2，但卻存在成本高、工藝復(fù)雜、環(huán)境污染大、顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重、粒徑分布寬等缺點(diǎn)。本文則從微細(xì)TiO2沉淀結(jié)晶過程的理論分析入手，開展以廉價(jià)鈦鹽為原料的常壓水解法制備高品質(zhì)微細(xì)球形TiO2的經(jīng)濟(jì)有效工藝及其相關(guān)動力學(xué)研究，從而確定制備工藝的關(guān)鍵因素及相關(guān)參數(shù)。此外，還利用微波的加熱特性，對微波輔助條件下制備微細(xì)球形TiO2的鈦鹽水解過程進(jìn)行了初步研究。其主要結(jié)論有：
　　 ①進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)得到了經(jīng)濟(jì)可行的制備微細(xì)球形TiO2的實(shí)驗(yàn)方

3、法，并進(jìn)行了相關(guān)理論研究。對比實(shí)驗(yàn)確定常壓直接水解法是制備微細(xì)球形TiO2的首選工藝。經(jīng)沉淀結(jié)晶過程理論分析得知微混對溶液的過飽和度有非常大的影響，因此在制備微細(xì)球形TiO2時(shí)應(yīng)盡量減小微混的影響；影響形核速率的參數(shù)主要包括溶液的過飽和度、水解溫度和顆粒表面能；在晶核長大過程中，當(dāng)長大速率r*大于最大生長速率r*max時(shí)，擴(kuò)散是影響生長速率的限制性環(huán)節(jié)，當(dāng)r*小于r*max時(shí)，反應(yīng)是限制性環(huán)節(jié)；老化過程是制備粒徑分布窄、分散性好的高品質(zhì)

4、微細(xì)球形TiO2的必要過程。
　　 ②經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究得到微細(xì)球形TiO2制備過程的重要參數(shù)和影響因素；動力學(xué)研究得到表達(dá)TiO2產(chǎn)率與水解時(shí)間之間關(guān)系的方程。以分析純Ti(SO4)2為原料，PVP為表面活性劑，在正丙醇和水體積比為1∶1的溶劑體系中，通過傳統(tǒng)加熱常壓水解可成功制備得到粒度在300nm左右、粒徑分布窄、分散性好的微細(xì)球形TiO2。結(jié)果表明溶劑體系、表面活性劑種類及其濃度對TiO2的形貌、分散性及粒徑分布起著至關(guān)重要的作

5、用；水解時(shí)間、水解溫度、溶液pH值、前驅(qū)物濃度對水解程度的影響較大，而對顆粒的形貌影響較?。槐簾郎囟群捅簾龝r(shí)間是影響TiO2晶型的主要因素；動力學(xué)研究表明前驅(qū)物濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)介質(zhì)對反應(yīng)速率有直接的影響作用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可推導(dǎo)得到TiO2產(chǎn)率與反應(yīng)時(shí)間呈確定的指數(shù)關(guān)系，并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)值確定關(guān)系式中各參數(shù)的物理意義，此關(guān)系式可為今后實(shí)驗(yàn)或放大實(shí)驗(yàn)研究提供判斷水解進(jìn)行程度及水解速率大小的依據(jù)；另外，結(jié)合實(shí)際水解過程可得到TiO2顆粒長大模型，

6、在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上由此模型可得到不同生長階段的擴(kuò)散系數(shù)，從而可判斷擴(kuò)散在不同時(shí)間段對顆粒長大的限制作用。
　　 ③以工業(yè)鈦液為原料制備得到了微細(xì)球形TiO2。在分析純Ti(SO4)2為原料制備微細(xì)球形TiO2的基礎(chǔ)上，以工業(yè)鈦液為原料成功制備得到了微細(xì)球形TiO2，并得到了最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
　　 ④微波輔助條件下水解制備微細(xì)球形TiO2。以微波為熱源可成功制備得到分散性好、粒徑分布窄的微細(xì)球形TiO2。研究表明微波加熱方式、前驅(qū)