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摘要：对金红石型钛白粉进行无机、有机、无机-有机两元复合包覆处理工艺研究，结果表明：CeO2无机包覆最佳工艺为钛白粉浆液质量浓度400 g/L、搅拌速度550 r/min、CeO 2用量3%、分散剂用量0.4%，KH570有机包覆最佳工艺为KH570包覆量3%；无机、有机、无机-有机复合包覆处理后钛白粉Zeta电位值分别为-56.4、-47.9、-65.5 mV，样品完全沉淀时间分别为14、11、21 d，无机-有机包覆处理能有效改善红石型钛白粉分散性；CeO2能显著降低金红石型钛白粉光催化活性，提高其耐候性，而KH570对金红石型钛白粉光催化性的影响较小。
关键词：金红石型钛白粉；CeO2；KH570；无机-有机包覆；耐候性
0引言
金红石型钛白粉具有优异的遮盖力和白度，应用广泛，其在光照及气候变化下会逐渐失去光泽和遮盖能力[1]。当前国内外缺乏高致密金红石型钛白粉包覆技术，针对该情况，以CeO2、KH570为包覆剂，对金红石型钛白粉进行无机、有机、无机-有机两元复合包覆处理工艺研究，为提高金红石型钛白粉的分散性和耐候性提供参考。
1实验材料与方法
1.1实验材料
金红石型钛白粉由龙佰集团提供；（NaPO3）6、硝酸铈、H2SO4、NaOH、无水乙醇、KH570、罗丹明b，试剂均为分析纯，由上海化学试剂公司提供。
1.2实验方法
1.2.1 CeO2包覆方法
1）预处理，在钛白粉浆液中加入（NaPO3）6，超声分散30 min。
2）溶液制备，将硝酸铈制备成硝酸铈溶液。
3）包覆反应，钛白粉浆液转移至四口烧瓶中，加入“硝酸铈溶液+氢氧化钠溶液”，室温快速搅拌，速度为400 r/min，包覆中逐渐升温至80℃保持30 min。
4）后处理，反应完成陈化2 h，浆液倒入漏斗抽滤洗涤，滤饼转移至瓷干锅在110℃烘箱烘干10 h，得CeO2无机包覆钛白粉。
1.2.2 KH570包覆方法
1）预处理，将钛白粉置于干燥箱105℃干燥10 h，机械搅拌超声分散在乙醇溶液，时间30 min。
2）将KH570溶解于乙醇中，形成3%工作溶液。
3）包覆，加入冰醋酸调节pH值至9，加入KH570溶液中充分机械搅拌，75℃水浴锅中回流反应4 h。
4）后处理，反应完成陈化5 h，浆液倒入漏斗抽滤洗涤，滤饼转移至瓷干锅在110℃烘箱中烘干10 h得KH570有机包覆钛白粉。
1.2.3 CeO2与KH570无机-有机双元包覆方法
1）CeO2包覆，按CeO2包覆优化方案进行包覆处理，65℃水浴锅中陈化4 h。
2）KH570包覆，CeO2包覆结束冷却至室温后，按KH570有机包膜优化方案再次进行包覆处理。
3）后处理，反应完成陈化5 h，浆液倒入漏斗抽滤洗涤，滤饼转移至瓷干锅在110℃烘箱中烘干10 h，得KH570有机包覆钛白粉。
1.3分析方法
采用Nano-ZS型激光粒度仪测定Zeta电位，Zeta电位绝对值越大，钛白粉浆液颗粒的分散性越好。
2结果与讨论
2.1 CeO2包覆工艺的正交试验设计与结果
正交试验优化CeO2包覆工艺，对金红石型钛白粉的zeta电位值为分散性能考核指标，以达到最佳包覆效果和提高钛白粉的耐候性[2]。四因素为：A，钛白粉浆液质量浓度；B，（NaPO3）6用量；C，CeO2用量；D，搅拌速度。正交试验方案和结果见表1。
从表1可知，A因素E1、E2、E3值分别为-53.3、-49.5、-49.0 mV，极差-4.3 mV，较优水平A1；B因素E1、E2、E3值分别为-50.2、-51.4、-50.1 mV，极差-1.3 mV，较优水平B2；C因素E1、E2、E3值分别为-49.2、-51.3、-51.3 mV，极差-2.1 mV，较优水平C2；D因素E1、E2、E3值分别为-49.9、-52.3、-49.6 mV，极差-2.7 mV，较优水平D2。影响因素主次A＞D＞C＞B。CeO2包覆实验中，钛白粉浆液浓度影响程度最大，分散剂用量影响程度最小。CeO2包覆最佳工艺：钛白粉浆液浓度400 g/L，搅拌速度550 r/min，CeO2用量3%，分散剂用量0.4%，Zeta电位平均值-56.6 mV。
CeO2包覆钛白粉浆液用量400 g/L时金红石型钛白粉包覆效果最为理想。该用量下Ce4+与钛白粉颗粒间均匀分布，有助于优化CeO2覆膜性能；Ce4+与OH-反应后迅速与悬浮钛白粉颗粒相互作用，在钛白粉颗粒表面生成铈氧钛键，形成初始包覆核心，随后更多Ce4+离子在核心点周围不断积累并与钛白粉颗粒碰撞，逐渐在表面形成一层致密且连续的铈包覆膜。
当钛白粉浆液浓度过高时，Ce4+离子分布不均匀性加剧，削弱铈离子与钛白粉的有效接触；Ce4+与OH-反应过于迅速，Ce4+形成核心前已经完成成核，难以在钛白粉颗粒表面形成初始核点，无法形成个连续、均匀且致密的包覆层。
2.2 KH570包覆金红石型钛白粉的试验设计与结果
其它实验条件一致下，采用不同KH570用量（1%、2%、3%、4%、5%）进行有机包覆实验，Zeta电位值分别为30.3、36.4、47.9、39.3、36.1 mV。
KH570用量从1%增加至5%，Zeta电位值为先增加后下降趋势，当KH570用量3%时为最大47.9 mV，在这一包覆用量下钛白粉的表面电荷最大，使得颗粒间的静电排斥力最强，钛白粉分散性能最好，KH570在钛白粉表面形成均匀有机包覆层，有效改善钛白粉表面性质和分散性。KH570用量超过3%后Zeta电位下降，因为包覆层过厚或部分偶联剂聚集，导致包覆层的均匀性和有效性降低，过量KH570可能在钛白粉表面形成非均匀覆盖，会影响钛白粉表面电荷分布和整体分散性。KH570进行有机包覆实验时，最佳工艺为KH570用量3%。
2.3金红石型钛白粉表面无机-有机二元复合包覆的效果
最佳工艺下CeO2无机、最佳工艺下KH570有机、CeO2无机+KH570有机二元复合包覆处理金红石型钛白粉Zeta电位值为-56.4、-47.9、-65.5 mV，浆液基料Zeta电位值-30.8 mV。无机、有机、无机有机二元复合包覆处理后钛白粉Zeta电位绝对值分别提高15.6、17.1、34.7 mV，CeO2无机+KH570有机二元复合包覆处理后钛白粉Zeta电位绝对值提高幅度最大，表明该二元复合包覆处理能显著改善钛白粉的分散性能。
无机、有机、无机有机二元复合包覆处理后钛白粉样品转移至沉降管中，超声波分散处理30 min，样品完全沉淀所需时间分别为14、11、21 d，钛白粉浆液基料沉降时间9 d。无机、有机、无机有机二元复合包覆处理都能改善金红石型钛白粉的分散性能，无机有机二元复合包覆处理改善最为显著，这与Zeta电位分析结果一致。
无机、有机、无机有机二元复合包覆处理后钛白粉样品白度值分别为86.7、83.4、85.5、84.9，对比基料白度包覆处理后白度值有所下降，在包覆过程中混入Ce离子具有显色作用导致。
2.4对金红石型钛白粉包覆处理的耐候性研究
研究CeO2无机、KH570有机、CeO2+有机二元复合包覆后钛白粉对罗丹明b染料在10 h紫外氮灯照射后的降解效果，降解率分别为32%、33%、79%，对于未经处理钛白粉81%降解率，CeO2包覆、CeO2与KH570二元复合包覆处理钛白粉样品表现出较低降解率，表明CeO2包覆处理有效抑制了钛白粉的光催化活性，能有效提高钛白粉的耐候性。仅KH570有机包覆处理样品降解率为79%，其对钛白粉光催化活性影响较小。
3结语
研究CeO2无机、KH570有机、CeO2无机+KH570有机二元包覆处理对金红石型钛白粉的分散性和耐候性。结果表明：CeO2包覆能显著降低钛白粉光催化活性，提高耐候性，KH570有机包覆对光催化活性影响较小但在提高分散性方面有显著效果；CeO2无机+KH570有机二元包覆处理在改善分散性和提升耐候性方面有综合优势。
参考文献
[1]陈隆，侯清麟，段海婷，等.铈氧化物包覆金红石型钛白粉的耐候性研究[J].功能材料，2016，47（12）：12217-12221.
[2]陈隆.金红石型钛白粉无机—有机包覆及耐候性研究[D].株洲：湖南工业大学，2016.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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金红石型钛白粉无机-有机包覆及耐候性研究论文
人参与 2025-01-09 10:21:23 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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