二氧化鈦(TiO2)作為一種白色顏料,由于其白度,高折射率,無毒,耐候性好廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、橡膠、化妝品和塑料中。二氧化鈦作為一種重要金屬氧化物,具有很好的光化學(xué)活性如紫外吸收和光催化性能,同時具有酸催化性能受到了廣泛關(guān)注。本論文主要研究內(nèi)容如下:

(1)在水相體系中,分別通過紫外可見光譜儀和過氧化氫光降解,建立了二氧化鈦顏料在紫外光區(qū)域內(nèi)的紫外屏蔽性能評價方法。該方法可以直觀地和有效地表征工業(yè)二氧化鈦顏料紫外屏蔽性能,同時具有簡單快捷,重現(xiàn)性好等優(yōu)點。

(2)以2,4-TDC為分子探針,研究了金紅石型二氧化鈦顏料紫外屏蔽性能及光化學(xué)性能。根據(jù)2,4-TDC的光降解速率常數(shù),能體現(xiàn)一系列工業(yè)金紅石二氧化鈦顏料紫外屏蔽性能差異。紫外光照下表面包覆的金紅石二氧化鈦顏料不能完全抑制羥基自由基(·OH)和光生空穴(h+)活性物種的產(chǎn)生。采用UV-Vis,FT-IR,PL等手段對二氧化鈦顏料進(jìn)行了表征。光降解實驗表明,金紅石型二氧化鈦顏料抑制2,4-TDC的降解,相反,銳鈦礦型二氧化鈦顏料促進(jìn)2,4-TDC的降解。根據(jù)已鑒定的降解中間產(chǎn)物及理論計算結(jié)果,提出了2,4-TDC的可能的降解機(jī)制包括羥基自由基的加成和側(cè)鏈上氨基甲酸酯鍵的斷裂兩條路徑。該2,4-TDC為分子探針的研究思路,可能為其他復(fù)合材料體系中有機(jī)聚合物光化學(xué)特性及耐候性等方面的高效考察或表征提供借鑒,促進(jìn)材料化學(xué)與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。

(3)以甲基橙為典型的染料模型分子,考察了工業(yè)級金紅石型和銳鈦礦型銳二氧化鈦顏料的光催化活性,并進(jìn)一步探討了甲基橙濃度,催化劑濃度,溶液初始pH,以及常見陽離子如Fe2+,Cu2+,Mg2+,Mn2+,Zn2+和Na+對甲基橙光降解的影響,同時分析了活性物種對甲基橙光降解的貢獻(xiàn)。實驗結(jié)果表明,甲基橙的光降解遵循Langmuir-Hinshelwood模型,Fe2+,Cu2+,Mg2+,Mn2+和Zn2+的存在不利于甲基橙的降解,而一定濃度的Na+能促進(jìn)甲基橙的降解。包括h+,·OH和過氧自由基(O2?-)在內(nèi)的多種活性物種參與甲基橙的降解。

(4)以環(huán)氧苯乙烷異構(gòu)化為探針反應(yīng),探討了金紅石二氧化鈦顏料表面酸催化性能。以環(huán)己烷為溶劑,采用液相吡啶吸附法測定了二氧化鈦顏料酸量,同時考察了催化劑用量和反應(yīng)溶劑對環(huán)氧苯乙烷異構(gòu)化的影響,分析了二氧化鈦顏料催化環(huán)氧苯乙烷異構(gòu)化機(jī)理。實驗結(jié)果表明,金紅石型二氧化鈦顏料是一種能有效催化環(huán)氧苯乙烷合成苯乙醛的固體酸催化劑。80℃在環(huán)己烷反應(yīng)體系中,環(huán)氧苯乙烷的轉(zhuǎn)化率可達(dá)34.1%。二氧化鈦表面上的羥基和Ti4+存在是催化異構(gòu)化反應(yīng)的關(guān)鍵。