TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜及其表征

1、西南石油大学学报(自然科学版)Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Ecition)Vol. 30 No. 3Jun, 2008笫30卷第3期2008年6月文章编号：1000 - 2634(2008)03 - 0113 - 03Ti02颗粒表面包覆SiO2纳米牍及其表征何文森，朱嘉林S罗浩文(电子科技大学沁物理电F学院b应用数学学院四川成都610054)摘 要：TiO2作为种重要的催化刑，在石油化工方面有求要的应用特别是煤島合成油知理淤度脱咬中的优越性受 封注目。同时TiO：还是重要的白色顔料，为了提高T

2、iO?的用用牲能对TiO?磺*1进行了 SiO2纳米履的表而包痕改 fto采用梢确技创pH值的连续法在TiO?潁粒表面包良了 SiO2的纳米展并进行了 TEM、HRTEM、EDS、XPS、ICP和 光学枝廣表征。崔明了 SiO?在TiO?牘ti表面形成了一层连续的炳米BL厚度大约为3.5-4.0nmtSi02餐胶纳米虞 比较致密没有未包廣上的絮状物而且TiO：是单颍粒分散没有发生多个颗粒被包廉在一起的现拿 XPSii明SiO2 礙胶在包膜后的TSO?颗粒的表面为物理包覆，用SiO2包膜后，捽品的光学性质有了明显的提高同时改变了样品庄 不同介廉中的分散性度在水41介质中分散柱能提高到93.0%。

3、这种表面处理后的TiO?可以作为一种催化剂用于 煤屋合成油和題深度悅从中。关键词：TiOSiO,；浜胶；纳米膜中图分类号：TE65文献标识码：A DOI： 10.3863/j. iwn. 1000 -2634.2008O3O29西南石油大学学报(自然科学版)Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Ecition)Vol. 30 No. 3Jun, 2008笫30卷第3期2008年6月西南石油大学学报(自然科学版)Journal of Southwest Petroleum University (Scien

4、ce & Technology Ecition)Vol. 30 No. 3Jun, 2008笫30卷第3期2008年6月引言TiO2作为一种重要的催化剂，在石油化工方面有 重妄的应用待别龙煤塔合成油和超深度脱硫中的优 越性受到注目，是目前石油催化的研究热点之一。同 时TiO?是重要的白色颜料具有优异的遮盖能力和 白度广泛应用于涂料、型料、造纸、橡胶、纤维、油墨、 化妆品中。TH)?颗粒的表面性质对于其在不同介 质中的分散性、耐侯性和化学稳定性有着至关朿要的 影响近而影响其光学性能而且TiO?具有光催化活 性曝儒在阳光中会催化其周的的有机树脂降解其 氧化作用使涂料的耐侯性、光泽度下降。因此有必要

5、 首先将Ti()2本身稳定化在Tit)?颗粒表面和有机树 脂之间形成一道屏蔽膜避免催化有机树脂降解。目 前的方法有无机包膜处理和有机处理。无机包膜处 理主要有钛、帝、硅铝氧化物或水合氣化物I。包 膜的组成和质量直接影响到TiO?的各项应用性能指 标,因此对TiO?包膜的研究有垂要意义。SiO:包 膜Ti()2颗粒后，对其消色力等光学性质有所提高，而 且认为是提高其耐候性的有效方法，可以实现在不 同溶剂中的应用八。本文对Tid颗粒表面进行了 SiO?纳米层膜包覆其方法简单处理时间短。通过 各种表征证明了 TiO?颗粒表面实现了连续的纳米 包膜其白度、耐候性和光泽度等光学性质有明显的 提高。这种表

6、面处理后的TiO?可以作为一种催化剂 用于煤基合成油和超深度脱硫中。1实验部分1.1试剂TiO2粉末(金红石型产品.TiO?质虽分数为 99.5%.平均直径320 nm) ,Na2SiO?(分析纯中国医 药集团上海化学试剂公司)。1.2样品制备1.2.1 Ti()2颗粒表面包膜Si。？纳米膜的制备在含廿。2水浆液中，加入分散剂(NaPO3)6,然 后调节浆液为碱性高速分散。在剧烈搅拌F升温 到60 调节浆液至合适的pH值，恒流加入 NaSiOj 溶液(m(SiO2) :m(TiO2) =0.03),老化一 定时间.熟化、过滤、水洗、干燥即得SiO2凝胶纳米 膜包覆的TiO?样品。1.2.2样品

7、表征用 B 立 Hitachi-600-2 V)透射电镜(TEM)和 Phil ips CM200PEG奇分辨透射电镜(HRTEM)观察样品西南石油大学学报(自然科学版)Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Ecition)Vol. 30 No. 3Jun, 2008笫30卷第3期2008年6月西南石油大学学报(自然科学版)Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Ecition)Vol. 30 No. 3Jun, 20

8、08笫30卷第3期2008年6月收weffl: 2007 -01 -II作喜简介：何文森(1959 - ) 男(汉劇，四川成都人工程締主更从事材料物理的研究。114闻附i油AW报（白然科学版）2008 年颗粒形貌;美国Micromeritics公司Tristar3000里自动 物理吸附仪测定BET比表面积;美国JJA公司Atom- Scan 16型电感耦合等离尹发射光谱仪（ICP）测定元 索含董；美国 Perkin Elmer Physics Electronics 公司 PHbJUUX光电子能谱仪（XPS）分析其表面化学组 成及其结合能（Mg巴真空度低于10 Pa）；日本Minolta 公司

9、CM-2500D三色仪测唯其L（光泽度）、Wr （白度）值。样品在油中分散性的测定:采用醇酸树脂 为分散剂在涂料快速分散机中扳荡用刮板细度计 进行测址;水中分散性的测定：高速分散TiO?水浆 液放置8 h.取上层80.0%的浆液测定其含董。2结果与讨论包膜后的样品颗粒中心除氣、钛元索外，还含有很少 锻的硅元素这是由于TO颗粒含有0.25%的SiO2 杂质;而在样品的表面明显有比较强的硅元素的峰 出现结合表2中XPS分析样品的表面原子含療. TiO,颗粒表面Ti原子的含蚩已经非常低可以看岀 在報粒表面Si原子的含虽已经远远大于了 Ti原子. Ti原子的育放已经非常低，是Si原f 36. 2% ,

10、近一 步证实了 TiO?颗粒表面Si。？凝胶纳米膜的存在。Si114闻附i油AW报（白然科学版）2008 年114闻附i油AW报（白然科学版）2008 年2)nm图3 TiO?及SiO?凝胶包腰的TiO：样品的0lsXPS能谐2.1包膜后TiO?的形貌图1为SiO2凝胶包膜TiO2颗粒的透射电镜照 片（TEM（左）及HRTEM（右）从图中可以看岀， SiO2凝胶在TiO,颗粒表面实现了较好的包脱形成 了一层均匀连续的纳米薄膜厚度大约为354.0 nmo没有未包膜上的絮状物而且TiO?是单穎粒分 散没有发生多个褻粒被包膜在一起的现象，包覆效 果非常好。图1 SiO2凝胶包膜的TiO2颂粒的透射电

11、僦照片2.2 TiO?颗粒的表面元素分析ICP分析表明（表1）:未包膜的Ti02含有质鱼 分数为0. 25%的S）02o SiO2凝胶包膜的TiO2样品 中SiO,质诫分数为3.01%.实现了 92%的沉积。表1样品的ICP分析结果SiO,质3分敦/%TiO20.25SiO2胶包施的TiO23.01USt/keV图2 SiO?凝胶包膜TQ?样品的EDS分析ift图*2 XPS分析的样品表面原子比例 %样品0TiSiTiOj733626.640SiO?凝胶包瞋的TiO?67.778.5723.66XPS是对表面组成敏感的分析技术，町以分析 表面10 run之内的元素含址，而且根据元素结合能 的位

12、移，可以判断其所处的化学环境。样品的XPS 能谱图如图3、4所示，表3给岀了样品的Ols和Ti 2p的结合能。114闻附i油AW报（白然科学版）2008 年114闻附i油AW报（白然科学版）2008 年图2为样品的EDS分析谱图，从图中可以看出图 Ti。，及SiO2柢胶包膜的TiO2样品的Ti 2p XPS能谱第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征115舉3样品的Ob和Ti2p结合能 eV元素TiO2SiO.ttKK的 TiO2/eV018529.7529.7532.7Ti2p1/2464.2464.3Ti2p3/2458.4458.5从SiO2凝胶包膜后和未包膜的TiO?的

13、Oh XPS谓图可以看出，未包膜的TiOj的013的结合能 为529.7 eV；SiO2包膜后，在529.7 eV仍旧出现峰， 但是强度显著变低主要峰出现在532.7 eV,可以归 于硅化合物中Oh的结合能接近于SiO?凝胶中 01s的结合能5323eV。因此进一步证明沉积的硅 化合物膜为SiO?凝胶膜。图4为样品的Ti2pXPS能谱未包膜的TiO?颗 粒的表面Ti2pl/2和Ti2p3/2的结合能分别为464.2 eV和458.4 eVjSiOj凝胶包膜后.Ti的结合能几 乎没有改变，而且上面已经分析包脱前后TiO?的 01s几乎都为529.7 eV,没有发生改变，因此可以推 斯在TiO?颗

14、粒表面没有Ti-0-Si键的形成,SiO? 凝胶的包膜为物理包覆。3样品的光学性质和分散性表4为样品的比表面积、分散性和光学性质，可 以看岀包膜后样品的比表面积增大。包膜后样品的 光学性质和分散性发生了很大的变化。其光学性 质:消色力、白度、光泽度郝明显提高。在水中、油中 的分散性发生了非常大的变化.Si。？凝胶包膜的样 品水中的分散性很好乳化液放置了 8h后,93.0% 的样品仍然悬浮然而在油性介质中分散相对较差. 最大团聚颗粒达到了 40 pun。SiO2凝胶纳米牒包覆 后的样品表现出了 SiO2凝胶的表面性质适合于水 性介质的应用，如果进一步进行有机表面改性，也可 以实现在油性介质中的应

15、用。第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征115第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征115表4样品的比表面、分散性和光学性质样品比农(ft枳/(m2/g)水中分敵性/%油中分敵性 /|jun消色力/%光泽度L /%干粉Wr /%TiO：7.446 9701711497.7291.71SiO2(2lR 的 TiO?9.488 1934012098.4293.94第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征115第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征1154结论在Ti()2颗粒表面实现了 SiO2凝胶的包膜，通 过表征，证明了在T

16、iO2穎粒表面形成了一层连续的 致密的纳米膜c在包膜后的TiO?颗粒的表面没有 Ti-0-Si键的形成.Si。？擬胶为物理包覆。光学 性质的检测表明了 TiO?包膜后消色力、白度、光泽 性都有所提岛。样品在水性介质中有很好的分散. 适合于水性介质的应用如果进一步进行冇机表面 改性也可以实现在油性介质中的应用。同时这种 表面包膜的TiO?可以作为一种石油化工催化剂进 一步处理可用于煤基合成油和超深度脱硫中。参考文献：1 柴国梁国内外汰白粉市场分析J 上海化工.2006. 31(1):44-472 戚容氯化法钛白粉的无机表面处理J 中国涂料. 2006.21(8):39 - 423 Polunin

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18、olloids and Surface,l998J42：117-l20 5 崔爱莉王亭杰金涌二氧化钛表面包覆氧化硅纳米膜 的热力学研究J)高尊学校化学学报,2000,21( 10),1560 -1562.6 丁延伟范崇政纳米二氧化钛表面包覆的研究J 现代化工.2001.21(7):18-22.7 fj水华多种表面处理剂协同作用改善颜料及钛白水 分散性研究J伙工业进展.2006,23(6) ：42 -44.8 林玉兰，王亭杰，杲操等钛酸飾偶联剂对包硅铝钛 白粉表面的有机改性J物理化学学报.2001,17 (2)：169-1729 Svanholm Tt Kronberg B, Molenaar

19、F. Adsorption studies of amociaine interactions between thickener and pipnent parti- clesJ. Propess in Organic Coating997.30：167 171.10 丁浩邓雁希IK/TiO?复合白色颜料的微观形态与组成 持iff研究材料工程,2006,增刊(1):186-192.(助鬼编辑：吴文刚)第3期何文森等：Ti()2類粒表面包粒SiO纳米及其衷征115TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜及其表征作者：何文森， 朱嘉林，罗浩文，HE Wen-sen, ZHU Jia-lin , LUO

20、 Hao-wen作者单位：何文森，罗浩文,HE Wen-sen,LUO Hao-weft(子科技大学物理电子学院四川，成都610054) ，朱嘉林,ZHU Jia-lin(电子科技大学应用数学学院四川，成都610054)刊名：西南石油大学学报|一| J厂-1英文刊名：JOURNAL OF SOUTHWEST PETROLEUM UNIVERSITY年，卷(期): 被引用次数：2008,30(3)1次1 1 1 WAHFANGDATA参考文献(10条)1. Svanholm T;Kronberg B;Molenaar F Adsorption studies of associative interactions between thickenerand pigment particles外文期干 Ll