TiO_2/蒙脱石纳米复合材料结构组装过程与表征

将氧化钛前驱体钛酸丁酯引入到不同用量十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)柱撑蒙脱石的层间域中,经原位水解、脱羟、成核结晶作用制备TiO2/蒙脱石纳米复合结构材料。采用X射线衍射(XRD)分析手段对比研究了CTA+/蒙脱石、(Ti(OH)4/CTA+)/蒙脱石和TiO2/蒙脱石复合结构,揭示了不同阶段样品层间物在蒙脱石层间域中的组装方式。在季铵盐用量不同情况下,CTA+/蒙脱石复合物和(Ti(OH)4/CTA+)/蒙脱石复合物中季铵盐阳离子的排布方式均出现单层平卧、单层倾斜和双层倾斜排布,但单层倾斜和双层倾斜排布的倾斜角度不同,在(Ti(OH)4/CTA+)/蒙脱石层间域中季铵盐阳离子仍起到骨架作用;TiO2/蒙脱石复合材料中锐钛矿相含量随季铵盐用量的增加而增大,但锐钛矿晶粒的尺寸逐渐减小,蒙脱石层间域对锐钛矿相晶粒的长大和转化为金红石相都具有显著的阻滞作用。

TiO_2/蒙脱石复合物中纳米TiO_2的相变与光催化性能

以TiOSO4.2H2O为TiO2的前驱体、蒙脱石为基体,采用水解-插层复合法,在不同热处理温度下制备了系列TiO2/蒙脱石纳米复合样品。采用XRD研究了样品中TiO2物相和晶粒大小等属性的变化,研究了样品对亚甲基蓝溶液的吸附脱色性和光催化脱色性。结果表明,热处理温度对TiO2/蒙脱石中TiO2物相与相对含量、晶粒大小和光催化脱色性等有很大影响。经700℃热处理的TiO2/蒙脱石复合样品锐钛矿晶粒仅为13.7 nm,光催化脱色率高达42.7%,总脱色率达79.8%;经1100℃热处理后,锐钛矿相对含量高达55.7%,锐钛矿晶粒为55.8 nm,光催化脱色率仍为32.5%,总脱色率高达46.6%;TiO2/蒙脱石复合样品中的TiO2与纯纳米TiO2样品相比,具有更高的锐钛矿相向金红石相转变的温度、更小的TiO2晶粒尺寸、更强的光催化脱色性。蒙脱石结构层对TiO2的相转变和晶粒长大具有明显的阻滞作用。

pH值对聚合钛离子/蒙脱石复合结构及其TiO_2纳米粒子的影响研究

采用水解-插层复合法,以TiOSO4.2H2O为TiO2的前驱体,蒙脱石为复合基体,通过控制蒙脱石悬浊液pH值,制备了不同的蒙脱石复合结构样品.采用XRD研究了样品的结构、物相、晶粒大小等属性的变化.结果表明,蒙脱石悬浊液的pH值对TiOSO4.2H2O水解属性有较大的影响,从而影响水合氧化钛/蒙脱石的复合结构特性,当蒙脱石悬浊液pH为0.5时,电价较低且聚合度较小的聚合钛离子易于进入蒙脱石层间域,对蒙脱石结构层的分散剥离作用最好;经700℃热处理的TiO2/蒙脱石复合结构样品中,锐钛矿晶粒尺寸最小达到13.4 nm;经1100℃热处理后,复合结构中锐钛矿相对含量达到35%;与纯纳米TiO2样品相比,TiO2/蒙脱石复合结构中的TiO2具有更高的锐钛矿相向金红石相转变的温度及更小的晶粒尺寸.蒙脱石结构层对TiO2的相转变和晶粒长大都具有明显的阻滞作用.

CTA^+/蛭石插层复合物在乙醇水溶液中一维结构的变化研究

基于蛭石良好的阳离子交换性和吸附性及层间域的可膨胀性,对新疆尉犁蛭石矿的金云母-蛭石样品采用不同用量的季铵盐进行微波插层处理及插层后样品的乙醇溶液醇洗处理,并对处理后样品一维结构的变化进行了XRD分析,考察了插层剂用量和乙醇溶液浓度对CTA+/蛭石插层复合物最大底面间距的影响。结果表明:蛭石的最大底面间距随着CTAB用量的增加而增大,季铵盐阳离子在蛭石层间的排布模式也随用量的增加,发生由单层倾斜→双层倾斜的规律性转化。插层处理后的样品采用浓度为97%的乙醇溶液醇洗后,蛭石最大底面间距由5.08～4.35 nm减少至4 nm左右,季铵盐阳离子在层间全为单层倾斜排布;采用不同浓度的乙醇溶液对蛭石最大底面间距为4.69 nm的样品进行醇洗,随乙醇溶液浓度的增大,蛭石最大底面间距降低,并在浓度为60%时达到稳定值4.00 nm,随后随乙醇溶液浓度的增大,不再发生变化。季铵盐阳离子在蛭石层间域中以单层倾斜排布,倾斜角为53°±时最稳定。

氟铝络合物制备无碱液体速凝剂及性能研究

采用Al(OH)3、Mg(OH)2与氢氟酸、氟硅酸制备不同的氟铝络合溶液,然后以硫酸铝、氟铝络合溶液、柠檬酸、分散增强剂、稳定剂为原料合成无碱液体速凝剂。主要研究了氟铝络合物种类和用量对速凝剂pH值、稳定性及其对水泥凝结时间、胶砂强度的影响和与水泥的适应性。结果表明,Al-Mg-Si-F络合物中Al、Mg、Si、F离子浓度分别为0.07、0.015、0.04、0.24mol/kg时,无碱液体速凝剂的性能最佳;该无碱液体速凝剂掺量为4%~5%时,与5种不同水泥具有良好的适应性,净浆和砂浆性能符合JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》要求,稳定期大于3个月。同时也符合GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求。

改性聚合硅酸硫酸铝速凝剂的制备及性能

以硫酸铝、正硅酸乙酯、氢氧化铝、硫酸亚铁、工业氢氧化钠、氟化钠和稳定剂为原料,利用复合共聚一步法制备出一种聚合硅酸硫酸铝(Poly aluminum silicate-sulfate,PASS)液体速凝剂。研究了改性聚合硅酸溶液、氟化钠、稳定剂和硫酸铝等多因素变化对PASS速凝剂的凝结时间、1 d抗压强度、28 d抗压强度比和稳定性的影响。实验结果表明,速凝剂最佳配比为:改性聚合硅酸溶液:硫酸铝:氟化钠:稳定剂=50:50:2:0.8,促凝和稳定性效果最优。所制备的液体速凝剂6%~7%掺量可满足GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求,具有良好的水泥适应性,稳定期大于3个月,砂浆的28 d抗压强度基本不损失。

TiO_2/蒙脱石层间化合物的制备及层间原位反应过程研究

基于蒙脱石层间域的二维纳米反应器属性,通过溶剂化作用,将氧化钛前躯体钛酸丁酯引入有机季铵盐阳离子插层的蒙脱石层间域中,并使其在蒙脱石层间域中水解、成核和相变结晶.采用XRD、原位升温Raman光谱、TEM分析手段研究了钛酸丁酯进入蒙脱石层间域过程,以及钛酸丁酯在蒙脱石层间域中水解和TiO2成核及相转变过程.结果表明钛酸丁酯成功进入了蒙脱石的层间域中,进入的量随作用时间的增加而增大;钛酸丁酯在蒙脱石层间域中水解生成无定形水合氧化钛,在150℃时开始形成锐钛矿结构的晶核,当焙烧温度达到500℃时,TiO2晶核结晶生成非常有序的锐钛矿结构;当焙烧温度达到700℃时,锐钛矿结构开始相转变为金红石结构,当温度达到1200℃时,锐钛矿相TiO2全部消失转变为金红石相TiO2.