目(mù)前，我國納米二(èr)氧化钛(tio2)的制(zhì)備技術(shù)己相(xiàng)當成(chéng)熟。二氧化钛制(zhì)備方法(fǎ)有很多(duō)，主要有硫酸法、氯化法、四氯化钛液相水(shuǐ)解法、四氯化(huà)钛(tài)氫氧(yǎng)焰法(fǎ)(火焰(yàn)氣相(xiàng)沉積法)和钛醇(chún)鹽水(shuǐ)解法等。其(qí)中工業上(shàng)常用的是硫(liú)酸法和氯化(huà)法。
對二氧(yǎng)化钛的(de)研究大(dà)多都(dōu)停留(liú)在耐(nài)候性、光催(cuī)化性能、複(fú)合材(cái)料等(děng)的研(yán)究上，對納米tio2在特種紙上(shàng)的研究較匮乏(fá)。另外(wài)，納米tio2不易(yì)在非極性介質(zhì)中分(fèn)散(sàn)，在極性(xìng)介質中易凝聚(jù)直接影響到(dào)了(le)納米二(èr)氧化钛(tài)自身優(yōu)異性能的發(fā)揮。因此亟(jí)需解(jiě)決納(nà)米二(èr)氧化钛分散(sàn)性問題。
1納米tio2的特(tè)性
1.1殺菌功能
納米級(jí)二氧化钛具有(yǒu)高光活性(xìng)，運用(yòng)到了強光(guāng)殺菌技術[1-3]。實驗(yàn)證明，以(yǐ)0.1mg/cm3濃度的(de)銳钛(tài)型納米tio2可(kě)徹底(dǐ)地殺死惡(è)性海拉細(xì)胞，而且随(suí)着(zhe)超氧化物歧化酶(méi)(sod)添加量的增(zēng)多(duō)，tio2光催(cuī)化殺死(sǐ)癌細胞(bāo)的效(xiào)率(lǜ)也(yě)提高(gāo)[4]。對枯草杆菌黑色變種芽孢、綠(lǜ)膿杆菌、大腸杆(gǎn)菌(jun1)、沙(shā)門氏(shì)菌、牙(yá)枝菌和曲(qǔ)黴的殺滅率均達到(dào)98%以上(shàng)。
1.2防紫外線功能(néng)
納米tio2既能吸收紫(zǐ)外線，又(yòu)能反射、散射紫(zǐ)外線，還能透過(guò)可見光，是性能(néng)優越、極有(yǒu)發展前途(tú)的物理屏(píng)蔽型的紫(zǐ)外線(xiàn)防護(hù)劑。納米二(èr)氧化钛由(yóu)于粒(lì)徑小(xiǎo)，活性大，既(jì)能(néng)反射(shè)、散射紫外線(xiàn)，又能吸收(shōu)紫外線，從而對(duì)紫外(wài)線有更強的阻隔(gé)能力。與(yǔ)同樣(yàng)劑量的一(yī)些有機紫外線(xiàn)防護劑(jì)相(xiàng)比，納(nà)米二(èr)氧化(huà)钛在紫外區的(de)吸收(shōu)峰更(gèng)高，不像有(yǒu)機紫(zǐ)外線(xiàn)防護(hù)劑那樣隻(zhī)單一(yī)對uva或uvb有吸收，更(gèng)重要(yào)的是它還是廣譜屏蔽劑(jì)[5]。二氧(yǎng)化钛可以(yǐ)吸收(shōu)能量高于420nm的紫外(wài)而(ér)以激(jī)發二(èr)氧化(huà)钛晶(jīng)體結(jié)構中内層電子(zǐ)的躍遷。利(lì)用納(nà)米tio2的透明性和(hé)紫(zǐ)外線吸收能力(lì)還(hái)可用(yòng)作(zuò)食品(pǐn)包裝膜(mó)、油墨、塗(tú)料、紡織制品(pǐn)和塑(sù)料填(tián)充劑，可(kě)以替代(dài)有機紫外線吸(xī)收劑，用于塗料(liào)中可提高塗料(liào)耐老化能力。
1.3自(zì)清潔功(gōng)能
納米(mǐ)tio2具有(yǒu)很強(qiáng)的"超(chāo)親水性"，在它的(de)表面不易形成(chéng)水珠，而(ér)且納米(mǐ)tio2在可見(jiàn)光照射下可(kě)以對碳氫(qīng)化合物(wù)作用。利(lì)用這(zhè)樣一個效(xiào)應可以在(zài)玻璃(lí)、陶瓷和(hé)瓷(cí)磚的表面(miàn)塗上(shàng)一層納米tio2薄(báo)層，利用(yòng)氧化(huà)钛的(de)光催(cuī)化反應就可以(yǐ)把吸附在(zài)氧化(huà)钛表(biǎo)面的(de)有機(jī)污(wū)染(rǎn)物分解爲(wèi)co2和o2，同(tóng)剩餘的無(wú)機物一(yī)起(qǐ)可被雨水沖(chòng)刷(shuā)幹淨(jìng)，從而(ér)實現(xiàn)自清(qīng)潔功能。日本已(yǐ)有在實驗室(shì)研(yán)制成功自(zì)潔瓷(cí)磚，這種新産品(pǐn)的表(biǎo)面(miàn)上有一(yī)薄層納米(mǐ)tio2薄膜(mó)，任何粘污在表(biǎo)面上的物質，包(bāo)括油(yóu)污(wū)、細菌在(zài)光的(de)照射下，由于(yú)納(nà)米(mǐ)tio2的(de)催化(huà)作用，可以(yǐ)使這(zhè)些碳(tàn)氫化合物(wù)進一步氧(yǎng)化變(biàn)成氣體或者很(hěn)容易被擦掉的(de)物質(zhì)。納(nà)米tio2光催化作用使(shǐ)得高(gāo)層建(jiàn)築的(de)玻璃(lí)、廚房易(yì)粘油污的瓷(cí)磚(zhuān)、汽車後(hòu)視鏡(jìng)及前(qián)窗(chuāng)玻璃的保潔(jié)都可(kě)以輕松地進行(háng)。
2納米tio2的分散性(xìng)能
2.1納米tio2分(fèn)散機(jī)理
胡傑等[6]發現(xiàn)在納米二(èr)氧化(huà)钛的水(shuǐ)分散體(tǐ)系中，主要是範德華力、靜電排(pái)斥作用力(lì)、因吸(xī)附層而産(chǎn)生的(de)位阻(zǔ)效應等。另外，納(nà)米二氧化(huà)钛的分散機理(lǐ)還可以從(cóng)雙(shuāng)電(diàn)子層理(lǐ)論(lùn)解釋(shì)。雙電子(zǐ)層理論(lùn)是指(zhǐ)微粒(lì)的内(nèi)部稱(chēng)爲微粒核(hé)一般帶(dài)負(fù)電(diàn)荷(hé)形成一(yī)個(gè)負離(lí)子層，其外部由(yóu)于電(diàn)性吸(xī)引而形成一個正離(lí)子層(céng)(反離(lí)子層包括非活動性(xìng)離子層(céng)和擴散(sàn)層)，合稱爲雙電(diàn)層。該理(lǐ)論一般(bān)情況下是(shì)依靠(kào)調節ph值或是加(jiā)入電解質(zhì)，使粒子表面産生電(diàn)荷，以增大雙電(diàn)層厚度(dù)和顆粒表面(miàn)的電位值，使顆粒之間産(chǎn)生排(pái)斥力(lì)，從而(ér)實現顆粒的分(fèn)散性。
2.2ph值(zhí)對納米tio2分散(sàn)性的(de)影響(xiǎng)
二氧化钛在水(shuǐ)溶液中(zhōng)由于ph值(zhí)得不(bú)同，可以帶正電、負電或是(shì)電中性。當(dāng)ph值較(jiào)低的(de)時候，納米(mǐ)tio2表面(miàn)形成(chéng)tio2- oh2+，導緻粒子(zǐ)表面帶正(zhèng)電荷；當ph值處于(yú)中間值時，粒子(zǐ)表面(miàn)形(xíng)成ti-oh鍵，此(cǐ)時粒(lì)子呈電中(zhōng)性，納米tio2的分散(sàn)性能(néng)最差；當(dāng)ph值(zhí)較高的(de)時(shí)候，粒(lì)子表面形成oh-o-鍵(jiàn)，使粒子表面帶(dài)負電荷，此時ph值(zhí)越大，粒子表面(miàn)的負電荷越多(duō)，雙電(diàn)層的(de)厚度(dù)越厚(hòu)，粒子間的(de)斥力位能(néng)越大(dà)，粒子(zǐ)分散效果越好[7]。郭文錄等[8]人認爲(wèi)在納米(mǐ)二氧化钛水分(fèn)散體(tǐ)系(xì)穩定性(xìng)的研究中認爲(wèi)，ph=10時分散效(xiào)果爲(wèi)最佳狀态。
2.3電解質對(duì)納(nà)米tio2分散(sàn)性(xìng)的影(yǐng)響(xiǎng)
納米(mǐ)二氧化钛的(de)分散性與電(diàn)解質有關(guān)。納(nà)米二氧(yǎng)化钛在純(chún)水作爲(wèi)分散劑時，分(fèn)布不均(jun1)勻是由(yóu)于粒子(zǐ)間靜電(diàn)吸引而導緻的(de)。而研究表(biǎo)明當(dāng)有(yǒu)機溶劑(jì)作分(fèn)散劑的水溶(róng)液中，納(nà)米二(èr)氧化钛分(fèn)散性(xìng)較好。任夕娟等(děng)[9]通過(guò)實驗(yàn)證明電解(jiě)質離子(zǐ)價(jià)越高(gāo)，凝集作用越強(qiáng)，及少(shǎo)量電解質也會(huì)使分(fèn)散液凝集。因此(cǐ)在平時的(de)使(shǐ)用(yòng)、保存(cún)中應避免(miǎn)無機鹽的混(hùn)入和附(fù)着。
2.4表面(miàn)活性劑對納(nà)米(mǐ)tio2分散性(xìng)的影響
高分子(zǐ)類表面活性劑(jì)可以(yǐ)通(tōng)過氫鍵、範德(dé)華力、靜電(diàn)吸引(yǐn)力可納米(mǐ)二氧化钛産生(shēng)吸附(fù)。例(lì)如(rú)分子(zǐ)鏈較(jiào)長(zhǎng)的(de)(聚丙(bǐng)烯酰(xiān)胺pam、聚(jù)甲基丙烯(xī)酸pmaa等(děng))可以(yǐ)提供空間(jiān)位阻(zǔ)屏蔽，從而(ér)阻礙(ài)納米(mǐ)二氧(yǎng)化钛(tài)顆粒(lì)的團聚。但(dàn)是加入高分子表面(miàn)活性劑(jì)的(de)量需要嚴格把控，否則會适得(dé)其反(fǎn)。
複配型表面活(huó)性劑對二(èr)氧化钛分(fèn)散性效果較好(hǎo)。離子(zǐ)型表面活性劑(jì)和非離子型表(biǎo)面活性劑在溶(róng)液中(zhōng)混合已形(xíng)成膠團，非(fēi)離子(zǐ)表面活性劑分(fèn)子插(chā)入膠團後，使得(dé)原有(yǒu)的離(lí)子型表面(miàn)活性(xìng)劑的“離子頭”間的電性排斥力(lì)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(nà)米tio2分散(sàn)性的影響
納(nà)米二氧化(huà)钛具(jù)有(yǒu)半導體性質(zhì)，并(bìng)且具有(yǒu)高穩定(dìng)性(xìng)、高透明性(xìng)、高活(huó)性等(děng)優異的(de)特(tè)性。在目前(qián)工(gōng)業研究(jiū)應(yīng)用中會(huì)大量(liàng)使用(yòng)到納米(mǐ)二(èr)氧化钛，作爲新興納(nà)米材料，提其分散性(xìng)是非常有(yǒu)必要(yào)的。不(bú)同的分散(sàn)設備，對其分散也會(huì)呈現出不同程(chéng)度的(de)效果。目前(qián)，常用的分散設(shè)備有(yǒu)：超聲振蕩分散(sàn)儀(yí)、電(diàn)動攪拌儀、直立式攪(jiǎo)拌磨[11]。
3納米tio2在制(zhì)漿造(zào)紙中的應(yīng)用
3.1功能紙(zhǐ)制(zhì)備(bèi)中的(de)應用
日本早前開發(fā)出一(yī)種添(tiān)加納米二(èr)氧化(huà)钛的(de)功能(néng)紙，該産品具(jù)有(yǒu)光催化功(gōng)能，可用于(yú)包裝用紙和室(shì)内裝潢用(yòng)壁紙(zhǐ)。該類功能(néng)紙可以(yǐ)有效吸(xī)收甲醛、苯、氨氣(qì)等有害(hài)氣體。河(hé)北麥(mài)森钛白粉(fěn)有限公司(sī)開發(fā)了高(gāo)耐候、耐磨的裝飾原紙，對(duì)用于裝飾原紙的填(tián)料(liào)進(jìn)行了(le)改進，改進(jìn)後的(de)填料(liào)産品兼具有機/無機三維互穿網絡結構，既具有無機的剛性很耐(nài)磨性(xìng)，大幅(fú)度提高了(le)紙張的綜(zōng)合性(xìng)能。将納米(mǐ)二氧(yǎng)化钛用(yòng)在(zài)一般紙品上，例如衛(wèi)生紙，食品包裝紙等還具有殺菌的(de)功效[12-13]。
3.2造紙濕部中的應用
造紙濕部其化(huà)學實質是一種(zhǒng)表面與(yǔ)膠(jiāo)體化(huà)學。造(zào)紙濕部配(pèi)料中(zhōng)許(xǔ)多(duō)組份結(jié)構都非常小(xiǎo)，因此引(yǐn)入(rù)特殊(shū)的納(nà)米級(jí)組分(fèn)，可以(yǐ)在(zài)很大程(chéng)度上提高其抄(chāo)紙效果[14]。
納米二(èr)氧化钛在(zài)造紙(zhǐ)濕部中做(zuò)助留助濾(lǜ)劑，具有良好的(de)助留助濾劑效果。其(qí)次，由(yóu)于其優異(yì)的性能，還可(kě)以高效抑制dcs有(yǒu)害(hài)物質(zhì)對白(bái)水的污染(rǎn)破壞。
3.3廢紙(zhǐ)脫墨中的應(yīng)用
造(zào)紙(zhǐ)工業中二(èr)次纖(xiān)維中(zhōng)油墨粒子(zǐ)對紙的影響非(fēi)常大。脫墨的方(fāng)法有浮選和洗滌兩種，工(gōng)業上(shàng)多用前(qián)者，因爲其對(duì)大(dà)粒(lì)子油(yóu)墨的脫(tuō)去更有(yǒu)效。由(yóu)于納米(mǐ)二(èr)氧化钛(tài)具(jù)有正(zhèng)電性和(hé)大比表(biǎo)面積，對二(èr)次纖(xiān)維中油墨(mò)粒子(zǐ)具有高效的浮選作用(yòng)。在(zài)浮選(xuǎn)過程中加入納(nà)米二(èr)氧化钛還(hái)可(kě)以一定程度(dù)去除廢紙漿中(zhōng)的膠黏物。
3.4造紙(zhǐ)廢水處理中的(de)應用
制漿造紙廢水(shuǐ)主要包括(kuò)蒸煮廢液(yè)、洗漿廢水(shuǐ)、抄紙廢水等。這些廢(fèi)液中(zhōng)主要(yào)含大量木(mù)質素以及(jí)各種(zhǒng)酚類有機化(huà)合(hé)物。而(ér)光催(cuī)化氧(yǎng)化可以(yǐ)處理造(zào)紙廢水，還可以(yǐ)降解木素(sù)和酚(fēn)類物質，完全消除毒性。同時對(duì)于造紙(zhǐ)廢水中有毒(dú)且難被生(shēng)物(wù)降解的(de)有機物也有很好的(de)降解作用(yòng)。利用(yòng)納米二(èr)氧化钛(tài)處理(lǐ)造紙(zhǐ)廢水(shuǐ)，可以使其(qí)達到(dào)标準排放量，極大程度減少對(duì)環境的污(wū)染。
展(zhǎn)望
納(nà)米(mǐ)二氧化(huà)钛是(shì)一(yī)種優異(yì)的無機(jī)精細化(huà)工材料。影響納(nà)米二氧(yǎng)化(huà)钛分(fèn)散性的因素很(hěn)多(duō)，諸如表面活(huó)性劑、ph值(zhí)、電(diàn)解質(zhì)等等，需要我們去做(zuò)進一步的探索(suǒ)，将納米二(èr)氧化(huà)钛的利用(yòng)率達到最佳。目(mù)前，我國大(dà)力倡導綠色(sè)可(kě)持續(xù)發展，納米二氧(yǎng)化(huà)钛以其殺菌(jun1)消毒(dú)、高效自潔(jié)、光催化能、廢水處理等(děng)功能在制漿造(zào)紙以及(jí)功能紙(zhǐ)的(de)應用和發展中具有(yǒu)廣闊的前(qián)景。
