用修饰的二氧化钛纳米材料消除水面石油污染的研究

薛茹君博士学位论文研究工作是在吴玉程教授的指导下完成的，本论文基于研究的结果总结而成。此研究得到国家自然科学基金(20571022)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20060359011)、安徽省"十五"科技攻关项目(01402007)等资助，围绕不同纳米结构单元的表面修饰与改性、改性后纳米结构单元的物性等内容进行研究，试图为不同纳米结构(包括纳米粉体、准一维纳米结构等)的表面修饰、改性以及分散提供新的方法，发挥纳米结构的功能特性(如光催化、微波吸收等)，为纳米材料的应用奠定基础。

《无机纳米材料的表面修饰改性与物性研究》纳米复合材料具有优异的性能和广泛的应用，是纳米材料科学研究的前沿和热点。怎样改善无机纳米颗粒在高聚物中的分散性，一直是一项富有挑战性的研究课题。纳米粉体的表面处理技术是一门新兴学科，20世纪90年代以来，随着纳米粉体制备技术的发展，以改善纳米粉体分散性、表面活性、功能性以及与其他物质之间的相容性为目的的表面处理或表面修饰技术应运而生。近年来，纳米粉体的表面处理(表面修饰)已形成了一个新的研究领域，从处理方法到处理对纳米粉体表面性质以及应用性能的影响，都有许多问题值得探讨。在这个领域进行研究的重要意义在于，人们可以根据应用需要有针对性地对纳米粉体表面进行改性，不但可以深入认识纳米粉体表面的基本物理化学效应，而且也改善和优化了纳米粉体的物化性能和应用性能，扩大了纳米粉体的应用范围。本书介绍了对不同用途低维纳米材料进行表面改性研究，以提高无机纳米颗粒与高聚物的相容性和稳定性及其在高聚物中的分散性，分析了表面改性对复合材料光催化、微波吸收和导电性能的影响，为有机一无机复合材料的实际应用提供了材料和物理基础。本书主要包括以下内容:

纳米结构粉体及其复合材料的性质和应用。纳米结构粉体表面改性的方法和常用的表面改性剂。纳米氧化铝和超细绢云母粉体用作高聚物改性填充材料时的表面改性方法及效果，研究发现经硅烷偶联剂表面改性及有机物预接枝聚合改性后，纳米氧化铝和超细绢云母粉体在有机溶剂介质中的分散性和稳定性显著提高，与有机物基体的相容性得到改善。

采用反相微乳液法在Al2O3表面上包覆La3+、Fe3+共掺杂TiO2，制备负载型掺杂TiO2光催化剂，并探讨了La3+、Fe3+共掺杂对TiO2吸光性能的影响，研究发现负载型共掺杂TIO2光催化剂的可见光催化活性比单元掺杂的高，在太阳光照射下对甲基橙具有更高的脱色率。

碳纳米管、纳米碳化硅的化学镀表面改性，探讨了预处理、化学镀和热处理等条件等对镀层组成、物相结构、表面形貌、粒度和分散性等的影响，并对金属化改性后的碳纳米管和纳米碳化硅的电磁波吸收涂料的性能进行了研究，发现改性后的复合涂料的吸波性能显著改善，吸收率提高，最高吸收峰向低频移动，且有宽化趋势。

对超细绢云母粉进行化学镀改性制备镀镍云母，并以其作为轻质导电填料部分替代镍粉制备了导电涂料。结果发现，当替代量≤25%时，导电涂料在30MHz~1000MHz频率范围的屏蔽系数达到30dB，可满足一般情况下对电磁屏蔽性的要求。

第1章绪论1.1纳米结构单元

1.2纳米结构单元的特性

1.3纳米粉体及纳米结构单元的应用

1.3.1纳米半导体在光催化方面的应用

1.3.2在微波吸收方面的应用

1.3.3纳米无机填料在高分子材料中的应用

1.3.4纳米添加剂在涂料方面的应用

1.4纳米复合材料

1.5纳米粉体的表面修饰与改性

1.5.1纳米粉体的表面改性技术

1.5.2影响粉体表面化学改性效果的主要因素

1.5.3表面改性效果的评价

1.5.4纳米粒子的分散技术及分散性表征

1.5.5纳米粒子的表面改性实例

第2章无机纳米材料的表面修饰改性方法及其改性工艺设计

2.1无机纳米材料的表面修饰改性方法

2.1.1液相包覆改性--纳米粒子表面无机改性

2.1.2有机物包覆改性--纳米粒子表面有机改性

2.2纳米粉体表面改性剂

2.2.1偶联剂

2.2.2表面活性剂

2.2.3不饱和有机酸及有机低聚物

2.2.4有机硅

2.2.5水溶性高分子

2.2.6无机表面处理剂

2.3纳米粉体的改性方案设计

2.3.1催化材料--负载型TiO2/Al2O3光催化剂

2.3.2微波吸波涂料

2.3.3有机/无机复合材料

2.3.4超细绢云母导电填料

2.4实验材料与设备

2.4.1实验材料和化学试剂

2.4.2试剂预处理

2.4.3实验设备

2.5表征方法与性能测试

2.5.1改性粉体表征

2.5.2性能测试

第3章纳米粉体的微乳液改性及TiO2/Al2O3的光催化特性

3.1引言

3.2TiO2光催化降解有机废水的原理

3.2.1TiO2的光催化原理

3.2.2掺杂纳米TiO2的催化机理

3.3Al2O3表面无机沉积包覆TiO2

3.3.1W/O微乳液法制备纳米微粒的原理

3.3.2Al2O3表面无机沉积包覆TiO2

3.4UV-Vis光谱分析

3.5光催化性能

3.5.1不同离子掺杂对TiO2/Al2O3光催化性能的影响

3.5.2掺杂量对TiO2光催化性能的影响

3.5.3pH值对掺杂TiO2/Al2O3光催化效果的影响

3.5.4光照时间对甲基橙脱色率的影响

3.5小结

第4章表面有机化改性及改性粉体的物性

4.1概述

4.2纳米粒子的团聚机理与分散方法

4.2.1纳米粉体的颗粒形态和团聚机理

4.2.2防止纳米粉体团聚的途径和方法

4.2.3纳米粉体分散稳定理论

4.3无机填料对填充改性材料性能的影响

4.3.1填充材料的性质

4.3.2粉粒状填料在聚合物中的分散状态

4.3.3纳米微粒与聚合物基体的界面

4.3.4界面的作用及作用机理

4.3.5填料与树脂基体的复合结构

4.4纳米氧化铝粉体表面偶联改性

4.4.1水解条件对偶联作用的影响

4.4.2偶联条件对偶联效果的影响

4.4.3改性纳米氧化铝的红外光谱分析

4.4.4偶联剂修饰对纳米氧化铝性能的影响

4.5纳米氧化铝粉体表面预接枝聚合改性

4.5.1聚合条件对有机物包覆率的影响

4.5.2反应条件的选择

4.5.3聚合包覆改性纳米氧化铝的红外光谱分析及其改性机理

4.5.4氧化铝/PMMA复合物

4.6超细绢云母粉体表面偶联剂改性

4.6.1水解条件对绢云母粉偶联改性的影响

4.6.2偶联条件对偶联包覆率的影响

4.6.3偶联改性云母粉的红外光谱分析

4.6.4偶联剂修饰对绢云母性能的影响

4.7超细绢云母表面预接枝聚合改性

4.7.1聚合条件对有机物包覆率的影响

4.7.2聚合物包覆绢云母粉的红外光谱分析及其改性机理

4.7.3绢云母/PMMA复合物

4.8小结

第5章粉体表面化学镀改性及碳化硅纳米吸波剂的性能

5.1引言

5.2粉体表面化学镀改性原理

5.3纳米SiC粉体表面化学镀改性

5.3.1纳米SiC镀前预处理

5.3.2化学镀改性

5.4表面有机物改性

5.4.1有机物改性的金属化SiC的热分析(N2气氛，10℃/min)

5.4.2有机物改性的金属化SiC的IR分析(KBr压片法)

5.4.3有机物改性对碳化硅分散性能的影响

5.5改性SiC吸波涂料的性能

5.6小结

第6章碳纳米管化学镀改性及其吸波性能

6.1引言

6.2碳纳米管表面化学镀改性

6.2.1碳纳米管的镀前预处理

6.2.2化学镀

6.3表面有机化改性

6.3.1改性碳纳米管复合物的热分析(TGA-DSC，N2气氛，10℃/min)

6.3.2改性碳纳米管复合物的IR分析(KBr压片法)

6.3.3有机物改性对碳纳米管及其金属复合物的分散性能的影响

6.4吸波涂料的性能--表面金属化改性对CNTs吸波剂性能的影响

6.5小结

第7章导电绢云母及其导电涂料的性能

7.1引言

7.2导电涂料

7.2.1概述

7.2.2导电涂料的组成

7.2.3导电机理及影响涂料导电性能的因素

7.3绢云母表面化学镀改性

7.3.1镀前预处理

7.3.2化学镀

7.4导电涂料的性能

7.4.1导电涂料的表面电阻率

7.4.2导电涂料的屏蔽系数

7.5小结

参考文献