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纳米Al_2O_3水相悬浮液的分散性研究

作　者: 魏攀
导　师: 陈斌
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 纳米Al2O3 分散表面活性剂 Zeta电位吸附
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

纳米氧化铝具有多方面的优异的性能,被广泛应用在高强度氧化铝陶瓷、涂料、橡胶、塑料、耐腐蚀、耐磨增强材料等众多复合材料领域。但是由于纳米颗粒属于热力学不稳定体系,比表面积大、表面原子数多、原子配位不足、表面能高,粒子间容易形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。纳米粒子的团聚是制约其应用的主要问题。本文概述了纳米颗粒在水相中的相互作用及其分散稳定理论,针对纳米氧化铝的水相悬浮液的表面电性及分散性进行研究。通过纳米A1203悬浮液的Zeta电位的测定、粒径分布情况、沉降试验以及吸附试验,探讨分散方式、分散时间、分散剂种类以及分散剂用量对悬浮液分散稳定性的影响；研究了不同种类的分散剂的分散稳定机理,并通过表面活性剂复配形成混合表面活性剂体系,研究复配分散剂之间的协同作用；利用红外光谱、扫描电镜表征实验吸附及分散效果,表征结果与实验结果相吻合。确定了分散稳定的纳米氧化铝悬浮液的最佳条件,主要研究结果如下：1.研究纳米A1203在水相体系中的分散稳定性,超声空化作用形成的高能微环境能够打开凝聚颗粒间的范德华力,分散效果较好,最佳分散时间为20min；在酸性条件下,纳米氧化铝表面带正电,碱性条件下表面带负电；等电点在pH8.4左右；pH在2.97-5.1和10.0-12.14范围内,颗粒表面电荷密度较高。2.研究了分散剂十二烷基磺酸钠SDS、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、聚乙二醇PEG、阿拉伯胶GA对纳米A1203的水相悬浮液分散稳定性的影响。加入分散剂后悬浮液Zeta电位随pH改变而显著变化,其中分散剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB在pH=4.0时Zeta绝对值最大值为57.02mV,平均粒径最小,在浓度为6.2mmol·L-1时,A1203表面达到最大饱和吸附量Γ=37.78μmol.g-1,吸附效果较好,颗粒间具有较强的静电排斥作用,分散稳定性最佳。3.通过对非离子型分散剂与离子型分散剂进行复配,研究了混合分散剂对纳米A1203分散稳定的协同效应。加入混合分散剂后在不同pH条件下,纳米A1203颗粒表现出不同的表面电性,从而对其分散性产生影响；其中加入非离子型分散剂聚乙二醇PEG与阳离子型分散剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB混合分散剂后颗粒表面电位均为正值,未出现等电点,Zeta电位最大值达70.14mV,纳米A1203对其具有良好的吸附性能,最大饱和吸附量r=58.64μmol·g-1,纳米A1203较未添加分散剂及添加单一分散剂条件下分散性有明显的改善：4.纳米A1203吸附性红外表征结果表明,分散过程中纳米A1203表面确实对各分散剂产生吸附,通过分散剂在A12O3颗粒表面的化学吸附作用,改变颗粒表面的结构和电荷分布状态,产生静电位阻和空间位阻作用,从而增强分散效果；纳米A1203颗粒的SEM观察结果表明,未加分散剂情况下,pH=3.0时由于颗粒间的静电斥力作用颗粒相互分开；等电点pH=8.4时严重聚集形成较大的团聚体；加入分散剂后,团聚体尺寸明显减小,颗粒的分散性显著提高；加入混合分散剂PEG与CTAB后颗粒分布均匀,分散状态较好,结果与实验结果一致。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
1 综述  11-37
  1.1 绪论  11-12
  1.2 纳米粒子  12-13
    1.2.1 小尺寸效应  12
    1.2.2 表面效应  12-13
    1.2.3 量子尺寸效应  13
    1.2.4 宏观量子隧道效应  13
  1.3 纳米粉体的团聚及主要机理  13-18
    1.3.1 软团聚  14
    1.3.2 硬团聚  14-17
    1.3.3 主要团聚机理  17-18
  1.4 纳米粉体的分散性研究  18-26
    1.4.1 分散研究的目的及意义  18-19
    1.4.2 颗粒间的作用力  19-21
    1.4.3 微纳米粉体表面的Zeta电位  21-23
    1.4.4 分散稳定理论  23-26
  1.5 纳米粉体的分散技术  26-28
    1.5.1 机械搅拌分散  26-27
    1.5.2 超声波分散  27
    1.5.3 分散剂分散  27-28
  1.6 表面活性剂概述  28-33
    1.6.1 表面活性剂分类  28-29
    1.6.2 表面活性剂对颗粒的分散机理  29-30
    1.6.3 表面活性剂的吸附  30-31
    1.6.4 表面活性剂的稳定作用  31
    1.6.5 表面活性剂的化学结构与其分散性质的关系  31-33
  1.7 合表面活性剂  33-34
    1.7.1 混合表面活性剂的协同效应  33
    1.7.2 合胶束的形成  33-34
  1.8 本文的主要研究内容  34-37
2 纳米AL_2O_3水悬浮液的分散性研究  37-49
  2.1 实验试剂  37
  2.2 主要仪器及设备  37-38
  2.3 悬浮液的稳定性表征  38-39
    2.3.1 Zeta电位  38
    2.3.2 粒径分布  38
    2.3.3 沉降法  38-39
  2.4 结果与讨论  39-46
    2.4.1 纳米Al_2O_3的XRD衍射表征  39-40
    2.4.2 分散方式对分散稳定性的影响  40-41
    2.4.3 分散时间对分散稳定性的影响  41-42
    2.4.4 pH值对分散稳定性的影响  42-46
  2.5 小结  46-49
3 分散剂对纳米分散性的影响  49-67
  3.1 引言  49
  3.2 实验试剂  49-50
  3.3 主要仪器及设备  50
  3.4 实验  50-52
    3.4.1 Zeta电位  50
    3.4.2 粒径分布  50-51
    3.4.3 吸附实验  51-52
  3.5 结果与讨论  52-64
    3.5.1 分散剂种类对分散稳定性的影响  52-62
    3.5.2 合分散剂体系分散  62-64
  3.6 小结  64-67
4 纳米AL_2O_3悬浮液的吸附性及其分散性表征  67-75
  4.1 实验试剂  67
  4.2 实验仪器及设备  67-68
  4.3 实验方法  68
    4.3.1 吸附性红外光谱表征  68
    4.3.2 悬浮液中颗粒的SEM观察  68
  4.4 结果与讨论  68-73
    4.4.1 分散剂的吸附性红外光谱表征  68-71
    4.4.2 纳米Al_2O_3粉体的SEM观察  71-73
  4.5 小结  73-75
5 结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
攻读硕士学位期间发表论文  83

纳米Al_2O_3水相悬浮液的分散性研究

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