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納米二氧化鈦(VK-TG01)表面高聚物改性及分散性能研究

 

納米科學技術是20世紀80年代末期誕生并正在崛起的新科技,其基本涵義是在納米尺寸范圍內 (10 - 9m10 - 7m)制造新的物質 ,認識和改造自然。納米材料和技術是納米科技領域最富有活力、研究內涵十分豐富的學科分支。

由于 TiO2 顆粒尺寸的細微化,其面積和體積的比例隨之增大 ,物質內部的原子和物質表面的原子所處的晶場環境和結合能不同 ,導致粒子表面具有很大的化學活性 ,表面能大大增加。 所以超細 TiO2 具有許多特殊的性能 ,例如強光催化性能、光吸收性好、表面活性大、熱導性好等。納米 TiO2 粉體在有機高分子物質中極易團聚,且在改性前具有強親水性 ,因此直接影響它的實際使用性能。為擴大納米TiO2 粉體的使用范圍 ,必須對其進行表面改性。
 

 

 

甲基丙烯酸 (MAA)是一種酸性高聚物單體,在一定的工藝條件下聚合生成聚甲基丙烯酸(PMAA) 高聚物,這種高聚物具有 豐富的一 cOOH基團,能夠與 TiOVK-TG01):納米粒子表面的一OH發生化學作用結合。同時 PMAA作為酸性高聚物本身能溶于水,如果能接枝到 TiOVK-TG01)表面,理論上 是一種很好的水性分散劑。筆者選取了MAA作為單體,通過一定 的工藝條件聚合生成 PMAA,再接枝到二氧化鈦納米粉體表面,從而達到分散的目的。同時研究了光催化及再分散性能。

1. 實驗方法 

1.1, TiO2(VK-TG01)表面接枝 PMAA

在四口燒瓶中加入適量蒸餾水,電磁攪拌并加熱回流 ,油浴加熱到 75 ℃ 時 ,加入適量MAAKPS,氮氣氣氛下,保持 75℃持續反應2h,反應過程中加入一定量的終止劑異丙醇控制單體聚合。將定量的 TiOVK-TG01)在蒸餾水中超聲分散30min,與上述的聚合物混合攪拌完成接枝。

1.2 光催化性能實驗

配制 20mgL的甲基橙(橙色 )作模擬污染物。稱取 20mgTiO粉體或者含等量 TiOVK-TG01 的分散液,置于圓柱形玻璃反應器 中,量取 200mL甲基橙 ,倒入反應器中,超聲一 定時間后取 懸 浮液樣 品 15mL,經010Ixm濾紙過濾后測定其吸光度作為起始吸光度A。。通入氧氣(100mLmin),預熱光源 10min,開始計時,定期取樣 ,用雙光束紫外 一可見分光光度計,在甲基橙的最大吸收波 長(460nm)測定其吸光度A。脫色效果 以脫色效率 (r1)表示: ∞ = (AnA)A0×100% 

 

1.3  TiO(VK-TG01)接 枝 PMAA光催化性能實驗

選擇 V(MAA)=75mL進行聚合,調節pH=505,加入1gTiO,攪拌接枝 1h的改性 TiOVK-TG01)作為催化劑 ,分別選取離心后干燥的粉體及等量 的分散液作為評價樣品。模擬污染物選擇甲基橙。圖7為不同樣 品光催化降解 甲基橙的比較。下圖可以看出:純TiO粉體,25min左右 可 以將 甲基橙 基本‘分解完畢,接枝的 TiOVK-TG01)粉體光催化降解性能與純 TiOVK-TG01 相比相差不大 ,27min左右也可以基本降解完畢

 

 

分散液的光催化性能稍差,36min才可以將甲基橙完全降解。實驗結果證實:接枝了PMAA后基本沒有影響 TiOVK-TG01)粉體的光催化性能。

 

1.4  TiO 接枝PMAA的再分散性能

1為改性 TiOVK-TG01 與純 TiOVK-TG01 的比較。表 1顯示:與純 TiO相比,改性 TiOVK-TG01)經過再分散之后吸光度增大,說明接枝 PMAATiOVK-TG01)粉體的分散性能提高了,同時粒 徑減小。

 

 

與以上的實驗研究中接枝了PMAA TiOVK-TG01 大于純 TiO 粒徑的結果相反 ,這是 因為作為再分散的實驗樣品經過研磨 ,高聚物鏈有可能部分被截斷,導致粒徑變小。改性后的TiOVK-TG01)電位絕對值小于純TiOVK-TG01),但仍然表現出更好的分散性能 ,這是因為 TiOVK-TG01)接枝了PMAA后,除了有靜電排斥的作用外 ,還有空問位阻作用 ,因此雖然電位絕對值 比純 TiOVK-TG01)小,但由于存在 空問位阻作用,分散性能依然得到提高。

 

結論: 確定了 MAA聚合接枝TiOVK-TG01)工藝條件。紅外光譜分析和熱重分析結果表明:PMAA接枝到 TiOVK-TG01)表面,形成 了化學鍵,熱重分 析結果顯示 PMAA接枝量達到6.15%。結合分散液吸光度曲線分析,在pH=5左右,PMAA接枝后的分散效果最佳。2)吸光度曲線表明:pH=5055時,不同用量MAA聚合接枝到 TiOVK-TG01)表面均產生了分散改良作用,其中最佳 MAA加入量為36(體積分數 )。3)改性后的TiOVK-TG01)粉體光催化降解甲基橙的能力相對純 TiO基本沒有發生變化 。4)將改性后的TiOVK-TG01)粉體重新超聲分散,結果表明:接枝了PMAATiOVK-TG01)由于靜電排斥和空問位阻的協同作用,分散能力提高。

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