硫酸法钛白表面物理化学改性研究

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钛白粉是最重要的白色颜料,广泛应用于人类生活和生产各个领域,市场需求量高。由于光化学活性强,耐候性差,钛白粉在应用前一般需要进行包膜处理。钛白粉的生产工艺主要有硫酸法和氯化法两种,通常情况下,由于生产工艺不同,硫酸法钛白比氯化法钛白更不易致密包膜,从而影响了其应用价值。尽管目前已经有大量文献研究硫酸法钛白表面改性和致密包膜,但大部分的包膜研究都是对硫酸法钛白的包膜条件如pH、温度、物料加入速度等进行调控,包膜工艺已经较为成熟;现有的表面改性方法也大部分处于实验研究阶段,且通用性较差,关于硫酸法钛白表面改性前处理过程以及致密包膜机理的研究相对较少。本论文基于目前广泛研究的钛白粉表面改性理论,与攀枝花钢铁研究院合作,研究通用性好且操作简易有效的硫酸法钛白表面物理化学改性方法,以改善钛白工艺,从源头上解决硫酸法钛白不易致密包膜的难题,具有非常重要的研究价值以及实践指导意义。  首先,我们通过对硫酸法和氯化法钛白进行表面物理化学性质差异分析,确定了表面元素及羧基含量差异是影响硫酸法钛白致密硅包覆的关键因素。然后,根据硫酸法工艺特点创新性地使用H2SO4和绿色氧化剂H2O2作为硫酸法钛白粉的表面活化和化学氧化剂,成功研究出一种简单有效的酸活化氧化两步改性法,使硫酸法钛白的等电点降低50%,提高了钛白表面羟基含量和活性,该方法操作简单,工艺流程短,易于实现自动化,仅4h即可完成。此外,从硫酸法钛白的分散性出发,首次使用离子树脂对钛白粉进行表面处理,结果表明硫酸法钛白经过强酸性阳离子树脂处理后在水中具有良好的分散性,12h几乎不沉降,而经过强碱性阴离子树脂处理后,5 min即会快速沉降。相反地,氯化法钛白经过强碱性阴离子树脂处理后,在水中分散后12 h仍然分散均匀,但在强酸性阳离子树脂处理后会沉降。这一结果说明离子树脂处理有效地改善了钛白粉的分散性。最后,通过对表面改性处理后的硫酸法钛白进行致密硅包膜实验研究,证实了酸活化氧化法和离子树脂改性处理能够使硫酸法钛白包膜更加连续致密且均匀,为钛白粉的表面改性和致密包膜工艺提供了新思路和新方法。
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