目前，我國納米二氧化钛(TiO2)的制備技術己相(xiàng)當成熟。二氧化钛制備方法有很多(duō)，主要有(yǒu)硫酸法、氯(lǜ)化法、四氯化钛(tài)液相水解法、四氯化钛氫氧焰法(火焰氣相沉積法)和钛醇鹽水解法(fǎ)等。其(qí)中工業上常用(yòng)的(de)是硫酸法和氯化法。
對二氧化钛的研究大多都(dōu)停留在耐候性、光催化性能(néng)、複合材料等的研究上，對納(nà)米TiO2在特種紙上(shàng)的研(yán)究較匮乏。另外，納米TiO2不易在非極性(xìng)介質中分散，在極性介質中易凝聚直接影響到了(le)納米二氧化钛自身(shēn)優異性能(néng)的發揮。因此亟需解決納米二氧化钛分散性問題。
1納米TiO2的特(tè)性
1.1殺菌功能
納米(mǐ)級二氧化钛具有高光活性(xìng)，運用到了強光殺菌技術[1-3]。實驗(yàn)證明(míng)，以0.1mg/cm3濃度的銳钛型(xíng)納米TiO2可徹底地殺死惡性海拉細胞，而且随(suí)着(zhe)超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細胞的效率也提高(gāo)[4]。對枯草杆菌黑色變種芽孢、綠膿杆(gǎn)菌、大腸杆菌、沙門氏菌、牙枝菌和曲(qǔ)黴的殺滅率均達到98%以上。
1.2防紫外線功能
納米TiO2既能吸收紫外(wài)線，又(yòu)能反射、散(sàn)射紫外線，還能透過可見光，是性能優越、極有(yǒu)發展前途的(de)物理屏蔽型的紫外線(xiàn)防護劑。納米二氧化钛由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，從而對紫外線有更強(qiáng)的阻(zǔ)隔能力。與同樣劑量的一些有機紫(zǐ)外線防護劑相(xiàng)比，納米二氧化钛在紫外區的吸收(shōu)峰更高，不像有機紫外線防護(hù)劑那(nà)樣隻單一對UVA或UVB有吸(xī)收，更(gèng)重要的是它還是廣譜屏蔽劑[5]。二氧化钛可以吸收能量高于420nm的紫外而以激發二氧化钛晶體結構中内層(céng)電子的躍遷。利用納米TiO2的透(tòu)明性和紫外線吸收能力還可用作(zuò)食品包裝膜(mó)、油墨、塗料、紡織制品和塑料填充劑，可以替代有機(jī)紫外線吸(xī)收劑，用于塗料中可提高塗料耐老化能(néng)力。
1.3自(zì)清潔(jié)功能
納米TiO2具有很強的"超親水性"，在(zài)它的(de)表面不易形成水珠，而且納米(mǐ)TiO2在可見光照射下可以對碳氫化(huà)合物作用。利(lì)用這樣一個效應可以在(zài)玻璃、陶瓷和瓷磚(zhuān)的表面塗上一(yī)層納米TiO2薄層，利用氧化钛的光催化反應就可以把吸附在氧化钛表(biǎo)面的(de)有機污染(rǎn)物分解爲CO2和O2，同剩餘的無(wú)機物一起可被雨水(shuǐ)沖刷幹淨，從而(ér)實現(xiàn)自清潔功能。日本(běn)已有在實驗室研制成功自潔瓷磚，這種新産品(pǐn)的表面上有一薄層納米TiO2薄膜，任何粘污在表(biǎo)面上的物質，包括油污、細菌在光的照射下，由(yóu)于納米TiO2的催化(huà)作用，可以使這些碳氫(qīng)化合物(wù)進一步氧化變成氣(qì)體或者很容易被擦掉的物質。納米TiO2光催化作用使得高層建築的玻璃、廚房易粘油污的瓷(cí)磚、汽車後(hòu)視鏡及前窗玻璃的保潔都可以輕松地進(jìn)行。
2納米TiO2的分散性(xìng)能
2.1納米TiO2分散機理
胡傑等[6]發現在納米(mǐ)二(èr)氧化钛的水分散體系中，主要是範德華力、靜(jìng)電排斥作用力、因吸附層而産(chǎn)生的位阻效應等。另外，納米二氧化钛的分散機理還可以(yǐ)從雙電子層理論解釋。雙電子層理論(lùn)是指微粒的内部(bù)稱爲微粒核(hé)一般帶負電荷形成一個負離子層，其外部由于電性吸引而形成一(yī)個正離子層(反離子層包括非活動性離子層和擴散層)，合稱爲雙電層。該理論一般情況下是依靠調節PH值或(huò)是加(jiā)入電解質，使粒(lì)子表(biǎo)面(miàn)産生電荷，以增大雙電層厚度和顆粒表面的(de)電位值，使顆粒之間産生排斥力，從而(ér)實現顆粒的分散性。
2.2pH值對納米TiO2分散性的影響
二氧化钛在水溶液中由于pH值(zhí)得不同，可以(yǐ)帶正電、負電或是(shì)電中性(xìng)。當pH值較低的時候，納米TiO2表面形成TiO2- OH2+，導緻粒子(zǐ)表(biǎo)面帶正電荷；當pH值(zhí)處于中間值時，粒子(zǐ)表面形成Ti-OH鍵，此時(shí)粒子呈電中性，納米TiO2的分散(sàn)性能最差；當pH值較高的時候，粒子表面形成OH-O-鍵，使粒子表面帶負電荷，此時pH值(zhí)越大，粒(lì)子表面的負電荷越多(duō)，雙電層的(de)厚度越厚，粒子間的斥力位能越大，粒子分散效果越好[7]。郭文錄等[8]人認爲在納米二氧(yǎng)化钛水分散體系穩定性的研究中認爲，pH=10時分散效果爲(wèi)最佳狀(zhuàng)态。
2.3電(diàn)解質對納米TiO2分散性的影響
納米二(èr)氧化钛的分散性與電解(jiě)質(zhì)有關。納(nà)米二氧(yǎng)化钛在純水作爲分散劑時，分(fèn)布不均勻是由于粒子間靜電吸(xī)引而導緻的。而研(yán)究表明當有機溶劑作分散劑的水溶液中，納米二氧化钛分散性較好(hǎo)。任夕娟等[9]通過實驗(yàn)證明電(diàn)解質離子價越高，凝集作(zuò)用越強，及少量電解質也會(huì)使分散液凝集。因此在平時的使用、保存中應避免無機鹽的混入和附(fù)着。
2.4表面活性劑對納米TiO2分散性(xìng)的影響
高分子類表(biǎo)面活性劑(jì)可以通過氫(qīng)鍵、範德(dé)華力、靜電吸引(yǐn)力可納米(mǐ)二氧化(huà)钛産生吸附。例如分子鏈較長的(聚丙烯酰胺PAM、聚甲基丙烯酸PMAA等)可以(yǐ)提供空間位阻屏蔽，從而阻(zǔ)礙納米二氧化钛顆粒的團聚。但是加入高分子表面活性劑的(de)量需要嚴格把控，否(fǒu)則(zé)會适得其反。
複配型表面活性劑對二氧化钛分散性效果較好。離子型表面活(huó)性劑和非離子型表(biǎo)面(miàn)活性劑(jì)在溶液中(zhōng)混合已形成膠團，非(fēi)離子表面活性(xìng)劑分(fèn)子插入膠團後，使得原有的離(lí)子型表面活性劑的“離子(zǐ)頭”間的電性排斥力減弱，使得混合(hé)溶液中的(de)CMC下降[10]。
2.5分散設備(bèi)對納米TiO2分散性的影響
納米(mǐ)二氧化钛具有半導體性質，并且具有高穩定性、高透明性(xìng)、高活性等優異的特性。在目前工業研究(jiū)應用中會大量使用到納米二氧化钛，作爲新興納米材料，提其分散性(xìng)是非常有必要的。不(bú)同的分散設備，對其分散也會呈現出不同程度的效(xiào)果。目前(qián)，常用的分(fèn)散設備有：超聲振蕩(dàng)分散儀、電動攪拌儀、直立式攪拌磨(mó)[11]。
3納米TiO2在制漿(jiāng)造紙(zhǐ)中的應(yīng)用
3.1功能紙制備(bèi)中的應用
日本早前開發出一種添加納米二(èr)氧化钛的功能(néng)紙，該産品具有(yǒu)光催化功(gōng)能，可用于包裝用紙和室内裝潢用壁紙。該類功能紙可以有(yǒu)效吸收甲醛(quán)、苯、氨氣(qì)等有害氣體。河北麥(mài)森钛白粉有限公司開發了高耐候、耐磨(mó)的裝飾原紙，對用于裝飾原紙的填料進行了(le)改進，改進後的填料産品兼具有機/無機三維互穿網絡(luò)結構，既具(jù)有無機的剛性很耐磨性，大幅度提高了紙張的綜合性能(néng)。将納米二氧(yǎng)化钛用在一般紙品上，例如衛生紙，食品包裝紙等還具有殺菌的功效[12-13]。
3.2造紙濕部(bù)中的應用(yòng)
造紙濕部其化學實(shí)質是一種表面與膠(jiāo)體化(huà)學。造紙濕部配料中許多組份結構都非常小(xiǎo)，因此引入特殊的納米級組分，可以在很大程度上提(tí)高其抄紙效果[14]。
納(nà)米二氧化钛在造紙(zhǐ)濕部中做助留助濾劑，具有良好的助留助濾劑效果。其次，由于其優異的性能(néng)，還可以高效抑制DCS有害物質對白(bái)水的污染(rǎn)破壞。
3.3廢紙脫墨中的應用
造紙工業中(zhōng)二次纖維中油墨粒子對紙的影(yǐng)響非常大。脫墨的方法有浮選和洗(xǐ)滌兩種，工業上多用前者，因爲其對大粒(lì)子油墨的脫去更有效。由于(yú)納米二氧化钛具有正電性和大比表(biǎo)面積，對二次纖維中油墨粒子(zǐ)具有(yǒu)高效的浮(fú)選作用(yòng)。在浮選過程中加入納米二氧化钛還(hái)可以一定程度(dù)去除廢紙漿中(zhōng)的膠黏物。
3.4造紙廢水(shuǐ)處理中的應用(yòng)
制漿造紙廢水主要(yào)包括蒸煮廢液、洗漿廢水、抄紙廢水等。這些廢液中主要含(hán)大量木質素以及各種酚類有(yǒu)機化合(hé)物。而光催化氧化可以處理造(zào)紙廢水，還可以(yǐ)降解木(mù)素和酚類物質，完全消除毒性。同時對于造紙廢水中有毒(dú)且難(nán)被生物降解的有機物也有很好的降解作用。利用納米二氧化钛處理造紙廢水，可以使其達到(dào)标準排放(fàng)量，極大程度減(jiǎn)少對(duì)環境的污染。
展望
納米二氧化(huà)钛是一種優異的無(wú)機精細化工材料(liào)。影響納米二氧化钛分散性的因素很多，諸如表面活性劑、pH值、電解質等等(děng)，需要我們去做(zuò)進一步的探索，将納米二氧化钛的利用(yòng)率達到最佳。目前，我國大力倡導綠色可持續發展(zhǎn)，納米二氧化钛以其殺菌(jun1)消毒、高效自潔、光催化能、廢水處理等功能在制漿造紙以及(jí)功能紙的應(yīng)用和發(fā)展中具有(yǒu)廣闊的前景。
