摘 要

本文以四钛酸钾晶须为主要原料，利用颗粒自稳定泡沫浆料的特性，经过球磨预处理，加入分散剂以及调节pH值，制得高固低粘的四钛酸钾浆料。分别以十二烷基硫酸钠、曲拉通X-114和没食子酸丙酯PG为修饰剂，经机械搅拌制得了颗粒自稳定泡沫浆料。研究了晶须长径比、pH、分散剂及用量对浆料的影响，进而又探讨了不同表面修饰剂及其含量、固含量和微波固化工艺对泡沫各方面性能的影响。

实验结果表明：球磨12h能使浆料的固含量由16wt%提高到40wt%，球磨后的晶须呈比较细小的短棒状结构，晶须长度明显降低，减小了晶须的长径比；与六偏磷酸钠相比，分散剂3204对四钛酸钾的分散效果很好，浆料粘度随着pH值的增大先减小后趋于一定值；当分散剂3204为0.3wt%，pH值为8时，可制得最大固含量为60wt%的浆料；分别与十二烷基硫酸钠和曲拉通X-114做对比，以没食子酸丙酯PG为表面修饰剂制得的四钛酸钾泡沫体系空气含量高、泡沫能长时间稳定存在；当固含量为50wt%并以0.4wt%的PG为表面修饰剂，可以制得均匀细腻、长时间稳定存在的泡沫体系；微波固化工艺具有成型效果好、固化时间短等优点。

本文利用PG做表面修饰剂，制得了稳定性良好的泡沫浆料，为后期多孔陶瓷的制备奠定了良好的基础。

关键词：四钛酸钾晶须；颗粒自稳定；表面修饰剂；泡沫浆料

Abstract

In this paper,K₂Ti₄O₉ whiskers,as the main material,were prepared by ball milling.The dispering agent was added and the pH was adjusted to make K₂Ti₄O₉ slurry of high solid content and low viscosity .Then,Sodium dodecyl sulfate, tramadol X-114 and propyl gallate PG were added to make granular self-stabilizing foam paste,respectively.The effect of whisker aspect ratio, pH value,the type and content of dispersant on dispersion of K₂Ti₄O₉ whiskers in water were discussed, respectively. The type and the content of surface modifiers,solid content and microwave curing process on the performances of foam paste were also analyzed.

The experimental results show that the solid content of slurry was increased from 16wt% to 40wt% by milling 12h .The dispersant also has great effects on the dispersion of K₂Ti₄O₉ whiskers. Compared with Hexametaphosphate,the dispersant Hydropalat 3204 has a good effect on the dispersion of K₂Ti₄O₉ whiskers,and the viscosity of the slurry tends to decrease with the increase of pH value.The slurry with good fluidity at the solid content of 60wt% could be prepared when the content of dispersant Hydropalat 3204 is 0.3wt% and the pH is 8.Compared with Sodium dodecyl sulfate and tramadol X-114 respectively,the potassium tetraatitanate foam system prepared with propyl gallate PG as the surface modifier has a high air content and the foam can be stably present for a long time.The stable foam system could also be made with PG content of 0.4wt% and solid content of 50wt%.The microwave curing process has the advantages of good molding effect and short curing time .

The stable granular self-stabilizing foam paste could be prepared with PG as the surface modifier. Then the preparation of porous ceramics can be established better.

Key Words：K₂Ti₄O₉ whiskers; particle self-stabilization; surface modifier; foam paste.

目录

第1章 绪论 1

1.1半导体光催化 1

1.2四钛酸钾晶须的研究现状 1

1.2.1四钛酸钾晶须特性 1

1.2.2四钛酸钾晶须的应用 2

1.3多孔陶瓷的制备工艺 2

1.4颗粒自稳定泡沫 4

1.4.1泡沫的产生及失稳 4

1.4.2泡沫的稳定 4

1.4.3表面活性剂的分类 4

1.4.4颗粒自稳定泡沫的研究现状 5

1.5课题的研究目的及内容 6

第2章 实验材料及方法 7

2.1实验材料与仪器 7

2.1.1实验材料 7

2.1.2实验仪器 7

2.2实验工艺步骤 8

2.2.1四钛酸钾浆料的制备 8

2.2.2四钛酸钾颗粒稳定泡沫的制备 8

2.3性能测试 8

2.3.1 Zeta电位的测定 8

2.3.2粘度的测定 9

2.3.3气泡空气含量 9

2.3.4干燥线收缩率 9

2.3.5固含量的计算 9

2.3.6四钛酸钾晶须形貌的观察 10

第3章 实验过程与讨论 11

3.1四钛酸钾浆料的研究 11

3.1.1球磨时间的确定 11

3.1.2原粉zeta电位的测定 12

3.1.3陶瓷浆料的稳定机制 13

3.1.4分散剂对四钛酸钾浆料粘度的影响 14

3.1.5分散剂用量对四钛酸钾浆料粘度的影响 15

3.1.6固含量对浆料粘度的影响 15

3.2四钛酸钾自稳定泡沫的研究 16

3.2.1十二烷基硫酸钠修饰四钛酸钾颗粒稳定泡沫 16

3.2.2长链曲拉通X-114修饰四钛酸钾颗粒稳定泡沫 18

3.2.3短链没食子酸正丙酯PG修饰四钛酸钾颗粒稳定泡沫 20

3.2.4不同表面活性剂对四钛酸钾泡沫浆料稳定性的影响 22

3.3固化工艺对泡沫成型性能的影响 23

第4章 结论 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

随着社会的进步和发展，环境污染问题也越发严重，尤为显著的是水资源污染问题，严重制约着人类的可持续发展。常用的水污染处理方法尽管在一定程度上改善了给人类在生产和生活带来的危害，但这些处理方式存在着费用高昂、处理不彻底等一些弊端。因此为了缓解愈发严重的水污染问题，需要寻求一种经济、环保的处理方式。

半导体光催化作为一种新型、高效的处理技术，为水污染问题的解决提供了新的思路和方法。半导体光催化技术是利用洁净、廉洁的太阳能光催化降解有毒有机物，具有光催化效率高、净化彻底、绿色无污染、运行成本低等优点[^[1]]。研究表明，光催化具有低温深度反应能力，可以利用太阳光在室温下将废水中的有机污染物完全氧化，将有毒废水处理为无害水而排放。

1.1半导体光催化

半导体光催化技术是种新兴的环境污染治理的途径，利用太阳光激发半导体光催化剂产生光生载流子，在空气和水作用下产生活性氧物种将水中的有机污染物氧化分解成CO2和H2O。光催化剂是光催化技术最重要的部分，一般为金属氧化物光催化剂(TiO2、SnO2等)和金属硫化物光催化剂(ZnS、CdS等)，这些材料在使用过程中存在太阳能利用率不高、易出现二次污染等问题，造成在实际光催化中效率不高，增加成本，不利于工业化的发展。

具有层状结构的半导体光催化剂其层间结构可以作为适合的反应点，在光催化反应过程中，产生的光生电子通过从层间到催化剂表面的迁移，有效的抑制光生电子和空穴的复合，提高光催化效率。四钛酸钾晶须由于其层间结构可以作为半导体光催化剂，是目前为止发现光催化活性较高的层状结构化合物之一。作为光催化材料的四钛酸钾晶须能够在太阳光的作用下无选择性地降解不同种类的有机污染物，并将其分解为一些无毒的H2O和CO2，不会造成二次污染，同时可以有效地节约能源。