纳米二氧化钛（VK-TG01）表面高聚物改性及分散性能研究

   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 TiO（VK-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 TiO（VK-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MAA和KPS，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 TiO（VK-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 20mg／L的甲基橙(橙色 )作模拟污染物。称取 20mgTiO粉体或者含等量 TiO（VK-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0．10Ixm滤纸过滤后测定其吸光度作为起始吸光度A。。通入氧气(100mL／min)，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(约 460nm)测定其吸光度A。脱色效果 以脱色效率 (r1)表示： ∞ = (An—A)／A0×100％ 

 

1.3  TiO（VK-TG01）接 枝 PMAA光催化性能实验

选择 V(MAA)=7．5mL进行聚合，调节pH=5．05，加入1gTiO，搅拌接枝 1h的改性 TiO（VK-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 TiO（VK-TG01）粉体光催化降解性能与纯 TiO（VK-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 TiO（VK-TG01）粉体的光催化性能。

 

1.4  TiO 接枝PMAA的再分散性能

表1为改性 TiO（VK-TG01） 与纯 TiO（VK-TG01） 的比较。表 1显示：与纯 TiO相比，改性 TiO（VK-TG01）经过再分散之后吸光度增大，说明接枝 了 PMAA的 TiO（VK-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 的 TiO（VK-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TiO（VK-TG01）电位绝对值小于纯TiO（VK-TG01），但仍然表现出更好的分散性能 ，这是因为 TiO（VK-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 TiO（VK-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TiO（VK-TG01）工艺条件。红外光谱分析和热重分析结果表明：PMAA接枝到 TiO（VK-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=5．0～5．5时，不同用量MAA聚合接枝到 TiO（VK-TG01）表面均产生了分散改良作用，其中最佳 MAA加入量为3．6％(体积分数 )。3)改性后的TiO（VK-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TiO（VK-TG01）粉体重新超声分散，结果表明：接枝了PMAA的TiO（VK-TG01）由于静电排斥和空问位阻的协同作用，分散能力提高。