ASNS的制備、表征和應(yīng)用.pdf

1、近年來，核/殼復(fù)合粒子的設(shè)計和可控構(gòu)筑已成為新材料和表面科學(xué)領(lǐng)域的研究焦點。由于核/殼粒子相比于單一組分材料表現(xiàn)出更優(yōu)越的理化性能(如機械、化學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)方面)，而且，把貴重材料包覆在低廉的核體物質(zhì)上可降低其生產(chǎn)成本。多種核/殼粒子已被制備出來，特別是殼層物為二氧化硅的復(fù)合粒子。水合二氧化硅外觀呈白色，因在橡膠中有類似于炭黑的補強性能，所以俗稱為白炭黑。它以密度小、比表面積大、分散性能好及優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性等成

2、為重要無機填料之一，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、醫(yī)藥、涂料，日用化工等許多行業(yè)。因此，本課題根據(jù)“粒子設(shè)計”的新思想，探索白炭黑的綠色合成新工藝，以CaCO3顆粒為核體、無定形SiO2為殼層物試制出一種新型的白炭黑（我們稱為ASNS，amorphous silica with novel particle structure）在某些應(yīng)用中替代現(xiàn)有產(chǎn)品。在ASNS的生產(chǎn)工藝中，傳統(tǒng)原料水玻璃、酸的消耗將減少90％以上，產(chǎn)品水洗、干燥的負擔相應(yīng)減

3、輕，廢水的生成量顯著降低，基本上能夠達到綠色化學(xué)和原子經(jīng)濟性的要求。并探索出一種新穎、快捷、可靠的測定無定形二氧化硅對碳酸鈣包覆程度的新方法。這種核/殼材料測試技術(shù)的創(chuàng)新，對指導(dǎo)碳酸鈣@白炭黑粒子的制備，確定最佳工藝條件，明確新產(chǎn)品的技術(shù)指標，都具有重要的實際應(yīng)用價值。本文的主要工作如下： 1.總結(jié)、分析了核/殼結(jié)構(gòu)粒子的基本特性、制備方法、形成機理、表征方法和主要應(yīng)用。這對核/殼復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)性能和包覆機理的研究具有重要

4、的指導(dǎo)意義。 2.對三個不同廠家所生產(chǎn)的牙膏用二氧化硅磨擦劑的外觀、pH值、熱失重率、吸水量、硫酸鹽含量、表觀密度等六個方面的理化性質(zhì)進行了測試和比較。 3.研究了用非均相成核法在CaCO3顆粒表面包覆無定形SiO2的工藝。對影響包覆效果的Na2SiO3溶液濃度、pH值、溫度、CaCO3顆粒的分散、物料混合方式等因素深入剖析。并從熱力學(xué)和動力學(xué)方面探討其包覆機理。 4.研究了水溶液中亞甲基藍(MB)與白炭黑之間的

5、相互作用，考察了吸附時間、亞甲基藍初始濃度、溫度、pH值、鹽的加入等因素對白炭黑吸附MB的影響，并探討了吸附機理。實驗結(jié)果表明，吸藍量隨初始濃度的增大而增大，隨體系溫度和鹽濃度的升高而減小。還發(fā)現(xiàn)MB在較高pH條件下，因水解或形成二聚體對可見光的吸收率隨pH升高不斷降低的現(xiàn)象。根據(jù)此現(xiàn)象，本文提出，當pH值增大，白炭黑對MB吸附量增大的原因有兩個：一是pH值越大，白炭黑表面負電荷量越多，因此對陽離子染料MB的吸附量增大；二是在高pH下，

6、MB自身水解或形成二聚體導(dǎo)致吸附量測定結(jié)果偏高。由于MB是表征吸附劑吸附性能最常用的染料之一，該發(fā)現(xiàn)對于其它吸附體系的研究也具有參考價值。 5.研究了碳酸鈣對水溶液中亞甲基藍的吸附作用，實驗結(jié)果表明，碳酸鈣對亞甲基藍不吸附。因此，根據(jù)對MB的吸附性能不同可區(qū)分白炭黑和碳酸鈣。 6.采用亞甲基藍吸附法測定無定形SiO2對CaCO3的包覆量和包覆率。這種快速、簡便、直觀、準確的測定方法對于指導(dǎo)核/殼粒子的生產(chǎn)具有重要的參考價