微細球形TiO-,2-可控制備過程及其動力學研究.pdf

1、粒度小、粒徑分布窄、分散性好的微細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、化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點，因此廣泛應用在涂料、塑膠、油墨、造紙、冶金、化妝品等領域。
　　 目前，高品質(zhì)微細球形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。當前中國國內(nèi)化纖和高級油墨用TiO2幾乎全部進口。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球形

2、TiO2，但卻存在成本高、工藝復雜、環(huán)境污染大、顆粒團聚嚴重、粒徑分布寬等缺點。本文則從微細TiO2沉淀結晶過程的理論分析入手，開展以廉價鈦鹽為原料的常壓水解法制備高品質(zhì)微細球形TiO2的經(jīng)濟有效工藝及其相關動力學研究，從而確定制備工藝的關鍵因素及相關參數(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球形TiO2的鈦鹽水解過程進行了初步研究。其主要結論有：
　　 ①進行對比實驗得到了經(jīng)濟可行的制備微細球形TiO2的實驗方

3、法，并進行了相關理論研究。對比實驗確定常壓直接水解法是制備微細球形TiO2的首選工藝。經(jīng)沉淀結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，因此在制備微細球形TiO2時應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，當長大速率r*大于最大生長速率r*max時，擴散是影響生長速率的限制性環(huán)節(jié)，當r*小于r*max時，反應是限制性環(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、微細球形TiO2的必要過程。
　　 ②經(jīng)實驗研究得到微細球形TiO2制備過程的重要參數(shù)和影響因素；動力學研究得到表達TiO2產(chǎn)率與水解時間之間關系的方程。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、分散性好的微細球形TiO2。結果表明溶劑體系、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重要的作

5、用；水解時間、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小；焙燒溫度和焙燒時間是影響TiO2晶型的主要因素；動力學研究表明前驅(qū)物濃度、反應溫度和反應介質(zhì)對反應速率有直接的影響作用，根據(jù)實驗可推導得到TiO2產(chǎn)率與反應時間呈確定的指數(shù)關系，并可根據(jù)實驗值確定關系式中各參數(shù)的物理意義，此關系式可為今后實驗或放大實驗研究提供判斷水解進行程度及水解速率大小的依據(jù)；另外，結合實際水解過程可得到TiO2顆粒長大模型，

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