SiO2對金紅石相納米二氧化鈦TiO2熱穩(wěn)定性的影響
銳鈦礦和 金 紅 石 是 TiO2 的 兩 種 常 見 的 物 相 ， 銳 鈦 礦 相 納 米 TiO2 作 為 一 種 理 想 的 光 催 化 材 料 ， 在 凈 化 空 氣 、水 處 理 、抗 菌 、除 臭 等 領(lǐng) 域 有 廣 泛 的 運用 L1叫]。金 紅 石 相 納 米 TiO2（VK-T25）由于性質(zhì)穩(wěn) 定 、 折 射率 高 和 相 對 較 低 的光 催 化 活 性 而 成 為 一 種 理 想 的 紫外 線 屏 蔽 劑 ，廣 泛 應(yīng) 用 于 防 曬 化 妝品 、化 纖 、塑 料 、涂 料 、 玻 璃 等 領(lǐng) 域。金 紅 石 相 納 米 TiO2 的晶粒尺寸 、結(jié) 晶 度 、表 面 羥 基 含 量 等 是 影 響 其 紫 外 線 屏 蔽 效 果 和分 散 性 的重 要 因素 。熱 處 理 是 改 變 金 紅 石 相 納 米 TiO2 的結(jié) 晶 度 和 晶 粒 尺 寸 的 一 種 有 效 方 法 ，但 高 溫 煅 燒 常 造 成 納 米 TiO2 晶 粒 尺 寸 、 一 次 粒 徑 的快 速 長 大 ，甚 至 造 成 納 米 TiO2粒 子 間 的燒 結(jié) 。本 文 利 用 無 定 形 的 SiO2 對 金紅 石 相 納 米 TiO2進(jìn) 行 表 面處 理 ，研 究 了 SiO2 的 表面 處 理 對 納米TiO2（VK-T02H） 熱穩(wěn)定性的影響 。
隨著 熱 處 理 溫 度 的 升 高 ， 金 紅 石 相 納米 TiO2粉 體 的 X 射 線 衍射圖在1lO面 的衍 射 峰 開 始 變 得 尖 銳 ， 說 明 晶粒 逐 漸 長大 ；在同樣的熱處理溫度下，表面包覆 SiO2的 納 米 TiO2的衍 射峰明顯寬化 ，說 明其晶粒較小 。利 用 Scherrer公 式 展 寬 法 估 算出不同熱處理溫度 下 納 米 TiO2的1lO面 晶 粒 尺 寸 ， 當(dāng)熱 處 理 溫 度 大 于200℃ 時 ，納 米 TiO2晶 粒 開 始 緩 慢 長 大 ； 當(dāng) 溫 度 高 于600℃ 時 ，晶粒 迅 速 長 大 。而 經(jīng) SiO2處 理 的 納 米 TiO2在 700℃ 以下 晶粒 尺 寸 幾 乎 不 變 ， 當(dāng) 熱 處 理 溫 度 高 于 700℃ 時 ， 晶粒 尺 寸 才 緩 慢 變 大 ， 說 明 用 SiO2表 面處理 對 納 米 TiO2的 晶 粒 生長 有 顯 著 的 抑 制 作用。
隨 著 熱 處 理 溫 度 的 升 高 ，納 米 TiO2的 一 次 粒 徑 逐 漸 增 大 。 當(dāng) 熱 處 理 溫 度 高 于 600℃ 時 ，納 米 TiO2粒 子 的 長 大 速 度 明 顯 加 快 ， 在 8OO℃ 下 2h，一 次 粒 徑 已 接 近 100am， 900℃ 下 2h，TiO2粒 徑 已 達(dá) 200nm 左 右 。 當(dāng) 熱 處 理 溫 度≤ 8OO℃ 時 ，經(jīng) SiO2表 面 處 理 的 納 米 TjO2顆 粒 形 態(tài) 、大 小 和 聚集 方 式 基 本 不變 。還 可 以看 出 ，納米 TiO：粒 子 表 面 和 顆 粒 間 含 有 大 量 絮狀 無 定 形 的 SiO2，使 得 納 米 TiO。粒 子 無 法 相 互 接觸 ，從 而 有效 阻 止 了 高 溫 造 成 的 納 米 TiO2粒 子 的 生 長 和 團(tuán) 聚 。900℃ 下 熱 處 理 2h所 得 樣 品 的 TEM 照 片 顯示 ，納 米 TiO：的 一 次 粒 徑 仍 在 2O～ 30nm，納 米 TiO2顆 粒 之 間 界 面 明 顯 ，絮 狀 SiO2 已完全 消失 ，說 明 SiO2在 TiO2上 的 沉 積 狀 態(tài) 發(fā) 生 了 根本 性 的 變化 。
SiO 對納 米 TiO2 （VK-T02H）微 結(jié) 構(gòu) 的影 響
熱 處 理 溫 度 與 經(jīng) SiO2表 面 處 理 的 納 米 TiO2比表 面 積 、 BJH 孔 容 和 BJH 平 均 孔 徑 的 關(guān) 系 ， 當(dāng)熱 處 理 溫 度 < 600℃ 時 ，含 硅 納 米 Ti02的 比表 面 積 和 BJH 孔容 基 本 不 變 ，當(dāng) 熱 處 理 溫 度 ≥ 600℃ 時 ，含 硅 納 米 TiO2的 比 表 面 積和 BJH 孔容 快 速 下 降 ，說 明表 面 包 覆 的 Si02由 多 孔狀 態(tài) 逐 漸 形 成 致 密 狀 態(tài) 。
為 在 不 同 熱 處 理 溫 度 下 ，經(jīng) SiO2表 面 處 理 的 納 米 TiO2的 Nz吸 附 一脫 附 等 溫線 和孔 徑分 布 曲 線 。吸 附 等 溫 線 按 BDDT 分 類 屬 于 IV 等 溫 線 ，是 具 有 完 好 發(fā) 達(dá) 中孔 物 質(zhì) 的 特 性吸 附 曲線 ，其 脫 附 曲 線 按 照 IUPAC 分 類 屬 于 H1 型 ，表 明樣 品具 有 兩 端 開 放 的管 狀 毛 細(xì) 孔 。當(dāng) 熱 處理 溫 度 ≥ 700℃ 時 ，氮氣 吸 附 量 急 劇 減 少 ，SiO2在納米TiO2上的沉積方式由多孔狀向致密膜轉(zhuǎn)變 。 含 硅 納 米 TiO2 的 孔 徑 分 布 較 寬 ， 這 是SiO2 沉 積 方 式 的 多 樣 性 造 成 的 ，如果沉積于納米TiO2 粒 子 之 間 則 造 成 孔 徑 變 小 ， 如果沉積在納米 TiO2顆粒表面或SiO2粒子自身互相堆積 ，則孔徑變大 。
結(jié) 論：
(1) SiO2 表 面包 覆 可 以 有 效 抑 制 納 米 TiO2（VK-T02H）的晶粒和 一 次粒徑的長大 ，納 米 TiO 的熱穩(wěn)定性增加 。 當(dāng)熱處理溫度低于700℃ 時 ，經(jīng) Si02處 理 的 納 米 TiO2的晶粒尺寸和 一 次 粒 徑 幾 乎 不 變 ； 當(dāng) 熱 處 理 溫 度 高 于 700℃ 時 ，經(jīng) SiOz處 理 的納 米TiO2 的 晶粒 尺 寸 和一 次 粒 徑 開 始 緩 慢 變 大 ，900℃ 2h， 納 米 Ti02 的一 次 粒 徑 仍 在 20~ 30nm。
(2)當(dāng) 熱處 理 溫 度 < 6OO℃ 時 ，經(jīng) Si02表 面 處 理 的 納 米 TiO2（VK-T02H）的微 結(jié) 構(gòu) 基 本 不 變 ，當(dāng) 熱 處 理 溫 度 ≥ 600℃ 時 ，Si0 在 納 米 Ti0 上 的 沉 積 形 式 由 隨 機 沉 積 的 多 孔 狀 態(tài) 逐 漸 變 成 致 密 膜 狀 態(tài) 。
(3)SiO2在納米Ti02上的沉積方式多樣 ， 經(jīng)Si02處理的納米 Ti02（VK-T02H） 的孔分布較寬 。