水体系中纳米二氧化钛的分散性能

盐对其性质的影响较小。硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等电解质(也称无机类分散剂)属于典型的静电稳定机制。主要是由于改变�值的大小,即通过表面分子性质的改变而降低引力。其在水中电离产生的部分阴离子依靠范德华力吸附在负电性的纳米TiO2颗粒表面,增强颗粒Zeta位,形成双电层结构[8-9]。研究表明在二氧化钛的酸性溶液(不加表面活性剂)加入极少量的硫酸铵后,硫酸根离子中和二氧化钛界面的正电荷,使斥力位能减小,导致颗粒聚集,起不到分散的作用[4]。随着硫酸铵的增加,二氧化钛吸附硫酸根离子形成双电层,使斥力位能增加,实现纳米微粒分散的目的。再继续增加硫酸铵的浓度,随着硫酸铵浓度的增加,形成的双电层的厚度1/k反比于C,所以分散剂浓度太大时,使双电层变薄,导致颗粒重新聚集。符合溶液中双电层的表达式[10]。k=(2e2NACZ2/kB�)1/2式中:k表示双电层的扩展程度;1/k称为双电层的厚度;为介电常数;e为电子电荷;Z为原子价;NA为阿伏加德罗常数;C为强电解质的浓度;�为热力学温度;kB为一常数。此外,电解质的聚沉浓度主要与反号离子的电荷数有关。反号粒子的价数越高,聚沉能力越大。2�3�阴离子表面活性剂对纳米TiO2分散性的影响十二烷基硫酸钠(SDS)等阴离子表面活性剂,具有长碳链,因此在分散过程中,空间位阻作用比较明显。其阴离子活性基团依靠范德华力在负电性的纳米TiO2颗粒表面形成吸附,使Zeta电位增大,形成双电层结构。阴离子表面活性剂分子量较大,所以SDS与TiO2粉体颗粒表面的结合力应该比无机类分散剂要大[9]。秦伟庭等[5]研究表明十二烷基苯磺酸钠和纳米二氧化钛微粒在体系pH值为7时都带负电荷,它们之间的吸附主要是氢键吸附和憎水作用吸附;同时还有Na+与纳米二氧化钛微粒表面的氧负离子之间的离子对吸附。当十二烷基苯磺酸钠浓度较低时,离子对吸附作用较明显,表现为随着十二烷基苯磺酸钠浓度增大,纳米微粒的表面电位下降。继续增加十二烷基苯磺酸钠的浓度,一方面阴离子基团被迫挤入吸附层增加双电层的厚度,使Zeta电位的绝对值变大;另一方面水中存在的大量阴离子基团阻碍了颗粒之间的碰撞,降低了颗粒之间的碰撞几率。此时经典的DLVO理论已不再适用,而须用EDLV0理论解释。但是,随着分散剂的过量加入,就会因阳离子的浓度升高使双电层的电位下降,造成粒子的团聚。2�4�阳离子表面活性剂对纳米TiO2分散性的影响程冰等[9]认为阳离子表面活性剂1631(十六烷基三甲基季铵盐)不仅具有十六烷基长碳链的空间位阻作用,而且其与负电性的TiO2粉体颗粒表面的结合力既有范德华力,也存在静电力,所以形成的双电层结构更加牢固。结合程度和分散效果要比SDS和无机类分散剂都好。秦伟庭[5]的研究表明阳离子表面活性剂1227在不同pH值下对纳米TiO2水分散体系的稳定性有不同的影响。当分散体系的pH值调节至5时,纳米微粒表面的负电荷减少,与少量的阳离子表面活性剂形成离子对吸附,在微粒周围形成空间位阻,产生了空间阻力势能,阻止颗粒相互聚集,提高了分散液的稳定性;当分散体系的pH值调节至3,分散体系的电位低于纳米二氧化钛的等电点,纳米微粒表面带正电荷,与阳离子表面活性剂1227之间的吸附减少,空间阻力势能下降,分散液的稳定性下降。当pH值大于5时,纳米二氧化钛微粒表面羟基电离量增加,微粒表面带大量负电荷,通过库仑引力和阳离子表面活性剂1227作用,很快形成絮状沉淀。所以阳离子表面活性剂分散纳米粉体受pH值的影响较大。2�5�非离子表面活性剂对纳米TiO2分散性的影响非离子型分散剂在水中不电离,稳定性好,不易受电解质、酸碱度影响,能与其他类型表面活性剂相容,但不易与纳米TiO2颗粒表面发生强烈吸附,它的分散机制属于空间位阻稳定机制[7]。PEG、聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)等非离子型表面活性剂主要通过在胶粒表面形成吸附层,产生并强化位阻效应,使胶粒间产生强位阻排斥力来降低表面张力[1-2]。在低浓度区域,颗粒表面吸附表面活性剂分子,但是由于浓度小,颗粒表面未完全被表面活性剂分子所包覆,同时可能阻碍了颗粒对OH�的吸附,及表面活性剂分子的支链可能附着在其它颗粒的表面而导致颗粒之间相互团聚,从而使颗粒的分散稳定性下降;随着浓度的进一步增大,颗粒不断吸附表面活性剂分子,颗粒表面逐渐被表面活性剂分子所包覆,增加了双电层的厚度,从而增加了颗粒间的静电排斥作用,颗粒又逐渐恢复稳定;当分散剂的浓度增加到一定程度时,吸附达到饱和,稳定性变化不大;继续增加分散剂的浓度时,在TiO2粒子表面有可能发生双层吸附,这时部分非离子表面活性剂的憎水基团将伸59综合评述2008年第1期向水中,因此过剩的表面活性剂分子会在颗粒间架桥而导致团聚,使稳定性又变差。2�6�高分子类分散剂对纳