二氧化钛包膜层结构的耐候性机制和控制研究

二氧化钛颗粒光学性能优异，但同时也具有很强的光催化活性，会降解其周围的有机基体，必须在颗粒表面包覆具有特殊结构的纳米膜层，屏蔽二氧化钛的光催化性能，才能具有更好的耐候性。本研究基于二氧化钛光催化的电子空穴机理，深入研究包覆膜层元素、结构、晶型、及膜层优化复合结构对光激发电子/空穴的迁移、捕获、复合机制，揭示膜层对二氧化钛颗粒耐候性的作用机制。确定高耐候性膜层的元素、结构和晶型特征，形成高耐候性膜层的设计原则，研究确定高耐候性膜层的包覆过程和方法。研究建立科学、准确、快速检测二氧化钛颗粒光催化活性的方法，以定量表征包膜二氧化钛的耐候性指标，为研究二氧化钛膜层结构的耐候性机制提供支持。在上述研究基础上，形成无机颗粒包膜耐候性机制和控制的理论基础，为高耐候性二氧化钛包膜技术的研究开发提供指导。

系统研究了二氧化钛颗粒的表面光催化反应过程，提出了二氧化钛光催化活性的调控措施。为降低二氧化钛颗粒的光催化活性，研究开发了一种新的硅铝复合包膜工艺过程，不使用酸和碱，包膜效率高。研究了滤饼的流变性能和形成机理。通过在颗粒表面包覆氧化铝膜，有效调控颗粒的触变变稀行为，显著提升包膜产品的性能和包膜过程效率，并实现产业化。采用悬浆外照式光催化反应器，研究了适合颜料二氧化钛光催化特性评价的优化检测条件，实现二氧化钛耐候性的快速定量评价，并应用到工业中。研究了过渡金属氧化物包膜二氧化钛的光稳定性，在二氧化钛颗粒表面即使包覆很少量的锆、铈、钴、镍氧化物，就具有优良的耐候性。揭示了二氧化钛表面包覆膜层对耐候性的影响机制。研究了二氧化钛表面包覆氧化铈膜层的光催化活性，在二氧化钛表面包覆氧化铈可以显著降低二氧化钛的光催化活性，揭示了氧化铈在二氧化钛颗粒表面不同的存在形态影响二氧化钛的耐候性。.系统研究了氧化物颗粒表面特性设计和调控。研究了氧化物颗粒表面高密度硅烷化修饰新方法，显著提高氧化物颗粒表面的接枝密度。研究了一种新的表面修饰方法，包括水相混合、喷雾干燥和热处理过程，获得疏水性的纳米氧化物颗粒，解决了亲水性颗粒在水相中的疏水性修饰。针对二氧化钛生产过程中副产亚铁的特点，对硫酸钛和硫酸亚铁通过共沉淀法制备高性能饮用水除氟吸附剂，成本低廉，可替代价格昂贵的进口吸附剂，为解决我国大面积高氟饮用水问题提供技术基础，对钛白行业的新产品开发和形成新产业链具有重要意义。纳米氧化物溶胶作为造粒粘结剂，可实现纳米吸附剂的颗粒化，能够实现高性能纳米吸附剂的实用化，提升饮用水除氟技术水平。通过共沉淀法在磁性纳米四氧化三铁颗粒表面包覆钛铁氧化物纳米膜层，制备了核壳结构的磁性吸附剂，用于饮用水吸附除氟。通过对新型核壳结构金属氧化物纳米除氟吸附剂的喷雾造粒，获得可实用化的微米级吸附剂。.进一步研究将致力于氧化物颗粒表面的功能设计和调控，揭示氧化物颗粒表面结构对颗粒应用性能的影响机制，在原理设计的基础上，研发可有效调控产品性能的创新技术，并争取实现产业化，解决行业中产品和技术升级的瓶颈问题。.