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纳米二氧化钛(VK-TG01)表面高聚物改性及分散性能研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-01-26 17:13:45  浏览次数:24
核心提示:纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新科技,其基本涵义是在纳米尺寸范围内 (10 - 9m~10 - 7m)制造新的物质 ,认识和改造自然。纳米材料和技术是纳米


纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新科技,其基本涵义是在纳米尺寸范围内 (10 - 9m10 - 7m)制造新的物质 ,认识和改造自然。纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支

由于 TiO2 颗粒尺寸的细微化,其面积和体积的比例随之增大 ,物质内部的原子和物质表面的原子所处的晶场环境和结合能不同 ,导致粒子表面具有很大的化学活性 ,表面能大大增加。 所以超细 TiO2 具有许多特殊的性能 ,例如强光催化性能、光吸收性好、表面活性大、热导性好等纳米 TiO2 粉体在有机高分子物质中极易团聚,且在改性前具有强亲水性 ,因此直接影响它的实际使用性能。为扩大纳米TiO2 粉体的使用范围 ,必须对其进行表面改性。

 

甲基丙烯酸 (MAA)是一种酸性高聚物单体,在一定的工艺条件下聚合生成聚甲基丙烯酸(PMAA) 高聚物,这种高聚物具有 丰富的一 cOOH基团,能够与 TiOVK-TG01):纳米粒子表面的一OH发生化学作用结合。同时 PMAA作为酸性高聚物本身能溶于水,如果能接枝到 TiOVK-TG01)表面,理论上 是一种很好的水性分散剂。笔者选取了MAA作为单体,通过一定 的工艺条件聚合生成 PMAA,再接枝到二氧化钛纳米粉体表面,从而达到分散的目的。同时研究了光催化及再分散性能。

1. 实验方法 

1.1, TiO2(VK-TG01)表面接枝 PMAA

在四口烧瓶中加入适量蒸馏水,电磁搅拌并加热回流 ,油浴加热到 75 ℃ 时 ,加入适量MAAKPS,氮气气氛下,保持 75℃持续反应2h,反应过程中加入一定量的终止剂异丙醇控制单体聚合。将定量的 TiOVK-TG01)在蒸馏水中超声分散30min,与上述的聚合物混合搅拌完成接枝。

1.2 光催化性能实验

配制 20mgL的甲基橙(橙色 )作模拟污染物。称取 20mgTiO粉体或者含等量 TiOVK-TG01 的分散液,置于圆柱形玻璃反应器 中,量取 200mL甲基橙 ,倒入反应器中,超声一 定时间后取 悬 浮液样 品 15mL,经010Ixm滤纸过滤后测定其吸光度作为起始吸光度A。。通入氧气(100mLmin),预热光源 10min,开始计时,定期取样 ,用双光束紫外 一可见分光光度计,在甲基橙的最大吸收波 长(460nm)测定其吸光度A。脱色效果 以脱色效率 (r1)表示: ∞ = (AnA)A0×100

 

1.3  TiO(VK-TG01)接 枝 PMAA光催化性能实验

选择 V(MAA)=75mL进行聚合,调节pH=505,加入1gTiO,搅拌接枝 1h的改性 TiOVK-TG01)作为催化剂 ,分别选取离心后干燥的粉体及等量 的分散液作为评价样品。模拟污染物选择甲基橙。图7为不同样 品光催化降解 甲基橙的比较。下图可以看出:纯TiO粉体,25min左右 可 以将 甲基橙 基本‘分解完毕,接枝的 TiOVK-TG01)粉体光催化降解性能与纯 TiOVK-TG01 相比相差不大 ,27min左右也可以基本降解完毕;

 

分散液的光催化性能稍差,36min才可以将甲基橙完全降解。实验结果证实:接枝了PMAA后基本没有影响 TiOVK-TG01)粉体的光催化性能。

 

1.4  TiO 接枝PMAA的再分散性能

1为改性 TiOVK-TG01 与纯 TiOVK-TG01 的比较。表 1显示:与纯 TiO相比,改性 TiOVK-TG01)经过再分散之后吸光度增大,说明接枝PMAATiOVK-TG01)粉体的分散性能提高了,同时粒 径减小。

 

与以上的实验研究中接枝了PMAA TiOVK-TG01 的 粒 径 均 大于纯 TiO 粒径的结果相反 ,这是 因为作为再分散的实验样品经过研磨 ,高聚物链有可能部分被截断,导致粒径变小。改性后的TiOVK-TG01)电位绝对值小于纯TiOVK-TG01),但仍然表现出更好的分散性能 ,这是因为 TiOVK-TG01)接枝了PMAA后,除了有静电排斥的作用外 ,还有空问位阻作用 ,因此虽然电位绝对值 比纯 TiOVK-TG01)小,但由于存在 空问位阻作用,分散性能依然得到提高。

 

结论: 确定了 MAA聚合接枝TiOVK-TG01)工艺条件。红外光谱分析和热重分析结果表明:PMAA接枝到 TiOVK-TG01)表面,形成 了化学键,热重分 析结果显示 PMAA接枝量达到6.15%。结合分散液吸光度曲线分析,在pH=5左右,PMAA接枝后的分散效果最佳。2)吸光度曲线表明:pH=5055时,不同用量MAA聚合接枝到 TiOVK-TG01)表面均产生了分散改良作用,其中最佳 MAA加入量为36(体积分数 )3)改性后的TiOVK-TG01)粉体光催化降解甲基橙的能力相对纯 TiO基本没有发生变化 。4)将改性后的TiOVK-TG01)粉体重新超声分散,结果表明:接枝了PMAATiOVK-TG01)由于静电排斥和空问位阻的协同作用,分散能力提高。

 
 
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