纳米锑掺杂氧化锡@粉煤灰抗静电复合粉体的制备及机理

煤基固体废弃物处理问题和高分子材料火灾问题是我国亟待解决的2个重要问题。研究经济性煤基抗静电复合粉体对实现煤基固废高值化利用和解决高分子材料静电积累引起的火灾问题具有重大价值和现实意义。粉煤灰作为产量较高的煤基固废之一,将其作为填料实现高值化利用受到越来越多的关注,但其在填充聚合物时电阻率高的问题仍未解决。纳米锑掺杂氧化锡具有良好的抗静电性能,但其分散性较差、成本较高。基于此,根据“粒子设计”思想,采用异相成核法将纳米锑掺杂氧化锡(ATO)负载在价格低廉的粉煤灰上制备核壳结构复合粉体来提高ATO的分散性并且降低粉煤灰的电阻率。研究了不同pH、包覆量、SbCl_(3)与SnCl_(4)·5H_(2)O摩尔比、煅烧温度和煅烧时间对复合粉体电阻率的影响;采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、能量色散X射线光谱(EDS),X射线荧光光谱仪(XRF),Zeta电位仪对粉煤灰和复合粉体进行了表征,探讨了复合粉体异相形核机理和抗静电机理。结果表明,当pH为4、包覆量为30%,700℃煅烧2 h,SbCl_(3)与SnCl_(4)·5H_(2)O摩尔比为1∶6时,粉煤灰表面均匀地包覆了纳米ATO粒子,体积电阻率由1.724×10^(12)Ω·cm降低到2.36×10~5Ω·cm。粉煤灰与ATO前驱体在pH为4时存在静电吸引力,Sn(Sb)—OH与粉煤灰表面的Si—OH发生缩合生成Si—O—Sn(Sb)键。纳米ATO在粉煤灰表面以异相成核的方式进行沉淀,经过高温煅烧后生成具有导电功能的金红石结构的Sb-SnO_(2)。ATO的导电载流子主要取决于Sb^(5+) 和SnO_(2)形成的氧空位,导致粉煤灰体积电阻率降低。该复合粉体在作为抗静电涂料和塑料等填料方面具有良好的应用前景。