提高金紅石型鈦白粉耐候性的試驗(yàn)研究

李瑞瑞

（龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

采用不同的包覆劑對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行表面包覆處理試驗(yàn)研究，探索提高金紅石型鈦白粉耐候性的包覆劑，并確定最佳包覆工藝及相關(guān)參數(shù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)原料

龍佰集團(tuán)未包膜金紅石型二氧化鈦漿料，質(zhì)量濃度300 g/L；硝酸鈰（AR）、氯氧化鋯（AR）、六偏磷酸鈉（AR）、NaOH（AR）、無(wú)水乙醇（AR）、KH570（AR）、鄰苯二甲酸二辛酯DOP（AR）、羅丹明b（AR），均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑上海有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

ASH-6 型實(shí)驗(yàn)室用攪拌器，上海達(dá)姆實(shí)業(yè)有限公司；JTDCW-2015 臥式低溫恒溫槽，杭州聚同電子公司；PHSJ-4A 型實(shí)驗(yàn)室pH，蘇州安原儀器有限公司；BSA124S 型電子天平，賽多利斯；SHZ-D（III）型循環(huán)水式真空泵，鞏義市柏樂(lè)儀器設(shè)備有限公司；HHG-9078A 實(shí)驗(yàn)室高溫鼓風(fēng)干燥箱，上海化科實(shí)業(yè)有限公司；QUV 紫外光老化加速試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)Q-Lab；Ui-2580 型TEM，日本三菱電子公司；UVS-752 紫外分光光度計(jì)，上海。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 CeO2、ZrO2包覆金紅石型鈦白粉

取一定量金紅石型鈦白粉漿液置于四口燒瓶中，加入適量六偏磷酸鈉超聲分散30 min；設(shè)定好低溫恒溫槽溫度，加入包膜劑溶液、氫氧化鈉溶液快速攪拌，pH 值控制在7～8 左右；滴定完成后，陳化2 h；將完成包膜的金紅石型鈦白粉漿經(jīng)多次抽濾洗滌后，在105 ℃持續(xù)干燥10 h；經(jīng)烘干、研磨得到CeO2、ZrO2包覆金紅石型鈦白粉。

1.2.2 KH570 包覆金紅石型鈦白粉

取一定量金紅石型鈦白粉干燥12 h 后在乙醇溶液中進(jìn)行機(jī)械攪拌超聲波分散25 min；加入冰醋酸調(diào)節(jié)pH 值，滴入KH570 后充分機(jī)械攪拌，75 ℃水浴鍋中回流反應(yīng)4 h；反應(yīng)結(jié)束室溫下陳化12 h；將完成包膜的金紅石型鈦白粉漿經(jīng)多次抽濾洗滌后，在105 ℃持續(xù)干燥10 h；經(jīng)烘干、研磨得到KH570 包覆金紅石型鈦白粉。

1.2.3 表征方法

采用Zeta 電位分析儀（SZP-10）對(duì)Zeta 電位進(jìn)行分析，采用TEM分析鈦白粉表面膜層結(jié)構(gòu)；采用羅丹明b 為檢測(cè)劑檢測(cè)鈦白粉的催化效果[1]。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性劑對(duì)金紅石型鈦白粉耐候性的影響

在其他試驗(yàn)條件一致的情況下，選取以下五組試驗(yàn)對(duì)象，來(lái)考察不同改性劑對(duì)金紅石型鈦白粉耐候性的影響。5 組試驗(yàn)對(duì)象為：（a）純羅丹明b 溶液，（b）添加未進(jìn)行包覆處理金紅石型鈦白粉的羅丹明b 溶液，（c）添加鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉的羅丹明b 溶液，（d）添加了鋯氧化物包覆金紅石型鈦白粉的羅丹明b 溶液，（e）添加了KH570 包覆金紅石型鈦白粉的羅丹明b 溶液。檢測(cè)5 組試驗(yàn)對(duì)象中羅丹明b 溶液隨時(shí)間變化的降解情況，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 羅丹明b 溶液隨時(shí)間變化的降解情況

從圖1 數(shù)據(jù)可知，隨著時(shí)間從0 至10 h 過(guò)程中，（a）、（b）、（c）、（d）、（e）組中羅丹明b 隨著時(shí)間增加降解情況均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)；（a）組中羅丹明b 隨時(shí)間增大降解增加程度最低，（b）組中羅丹明b 隨時(shí)間增大降解增加程度最高，經(jīng)包覆改性后的（c）、（d）、（e）組中羅丹明b 隨時(shí)間增大降解增加程度處于上述兩者之間；在所有加入鈦白粉的羅丹明b 溶液中，采用（c）組添加鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉的羅丹明b隨時(shí)間增大降解增加程度最小。在金紅石型鈦白粉表面進(jìn)行包覆處理后，可顯著降低金紅石型鈦白粉的光催化活性，降低能力為鈰氧化物包覆＞鋯氧化物包覆＞KH570 包覆，無(wú)機(jī)氧化膜能阻隔金紅型鈦白粉與外部氧氣和水接觸，進(jìn)一步降低其光催化活性。綜上所述，采用鈰氧化物對(duì)鈦白粉進(jìn)行包覆處理，其降低鈦白粉的光催化活性效果最佳，提高鈦白粉耐候性最佳。

2.2 不同包覆條件對(duì)金紅石型鈦白粉耐候性的影響

在其它試驗(yàn)條件一致的情況下，采用鈰氧化物對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行包覆處理時(shí)，不同包覆條件“滴加速度+轉(zhuǎn)速”對(duì)金紅石型鈦白粉表面的膜層結(jié)構(gòu)不同，進(jìn)而會(huì)影響到鈦白粉的耐候性。2 組試驗(yàn)對(duì)象：（f）滴加速度6 drop/s+轉(zhuǎn)速300 r/min；（g）滴加速度3 drop/s+轉(zhuǎn)速600 r/min。

對(duì)上述兩組不同包覆條件下得到的鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉的膜層結(jié)構(gòu)采用TEM 進(jìn)行觀察[2]，如圖2 所示。結(jié)果表明：（f）組包覆條件下形成的鈦白粉顆粒表面包覆的膜層結(jié)構(gòu)不連續(xù)且稀疏；（g）組包覆條件下形成的鈦白粉顆粒膜層結(jié)構(gòu)均勻致密且連續(xù)。

圖2 不同包覆條件下鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉膜層結(jié)構(gòu)TEM 圖

檢測(cè)兩組試驗(yàn)對(duì)象中羅丹明b 溶液隨時(shí)間變化的降解情況，結(jié)果如表1 所示。

表1 （f）組（g）中羅丹明b 溶液隨時(shí)間變化的降解情況

從表1 數(shù)據(jù)可知，不同包覆條件金紅石型鈦白粉對(duì)羅丹明b 降解有顯著影響。經(jīng)過(guò)各個(gè)時(shí)間段的紫外線(xiàn)照射，（f）組樣品中羅丹明b 降解率均大于（g）組樣品中羅丹明b 降解率，這說(shuō)明（g）組包覆條件下制備的鈰氧化物包覆鈦白粉催化活性較低，耐候性較好。滴加速度3 drop/s+轉(zhuǎn)速600 r/min 包覆條件下，溶液中生成的新溶膠與鈦白粉粒子碰撞的概率較大，生成的氧化膜均勻致密[3]，更能有效降低鈦白粉的光催化活性，進(jìn)而提高自身耐候性能。綜上所述，確定鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉的包覆條件為“滴加速度3 drop/s+轉(zhuǎn)速600 r/min”。

2.3 鈰氧化物包覆量對(duì)金紅石型鈦白粉耐候性的影響

在其他試驗(yàn)條件一致的情況下，鈰氧化物包覆量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不同（0.5%、1.0%、1.5%）對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行包覆處理試驗(yàn)，來(lái)研究金紅石型鈦白粉耐候性的影響。

將上述三組不同鈰氧化物包覆量得到的鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉，檢測(cè)其在去離子水中的Zeta電位值，分別為-52.7、-49.9、-53.1 mV，未包覆的金紅石型鈦白粉Zeta 電位值-25.2 mV。上述表面包覆鈰氧化物的金紅石型鈦白粉Zeta 電位絕對(duì)值均比未包覆處理的金紅石型鈦白粉Zeta 電位絕對(duì)值高，各種包覆量情況下鈦白粉Zeta 電位絕對(duì)值均較高，這說(shuō)明鈦白粉顆粒之間的靜電排斥力均較大，體系穩(wěn)定性均較高。

鈰氧化物包覆量不同情況下制備的鈰氧化物包覆金紅石型鈦白粉對(duì)羅丹明b 溶液隨時(shí)間變化的降解情況如表2 所示。

表2 鈰氧化物包覆量對(duì)金紅石型鈦白粉耐候性的影響

從表2 數(shù)據(jù)可知，鈰氧化物包覆量金紅石型鈦白粉對(duì)羅丹明b 降解有顯著影響。各個(gè)時(shí)間段紫外線(xiàn)照射下羅丹明b 降解率：鈰氧化物加入量1.5%＜鈰氧化物加入量0.5%＜鈰氧化物加入量1%。當(dāng)鈰氧化物加入量為1%時(shí)金紅石型鈦白粉對(duì)羅丹明b 降解率最小，說(shuō)明此時(shí)包覆金紅石型鈦白粉的表面膜層結(jié)構(gòu)最致密，其催化活性最低，其耐候性最好。綜上所述，確定鈰氧化物最佳包覆量為1%。

3 結(jié)論

以六偏磷酸鈉為分散劑，采用不同的包膜劑對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行表面包覆處理，采用羅丹明b 為檢測(cè)劑，對(duì)耐候性進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用鈰氧化物作為包膜劑對(duì)金紅石型鈦白粉進(jìn)行表面包覆處理得到的金紅石型鈦白粉能有效降低其光催化活性，耐候性較好；最佳包覆工藝為：“滴加速度3 drop/s+轉(zhuǎn)速600 r/min”；鈰氧化物最佳包覆量為1%。