胶体化学论文文献

沉淀法制备二氧化钛纳米粉体 XXX 化学与材料科学学院 04级化学 0409319 摘 要:本文以TiCl4和为原料，采用沉淀法制备TIO2纳米微粉，利用XRD等测试手段对样品的晶相组成、晶粒尺寸等性质进行分析，并在此基础上对晶粒尺寸、物相组成与PH值、干燥方法之间的关系进行讨论。结果表明：原料的pH值对粉体的晶型有显著影响，且微波处理相比传统的烘箱干燥，可得到晶粒更为细小的粉体。调整溶液的pH=7，微波处理10分钟， 700°C烧成并保温30min，可得到粒经小于35nm、颗粒分布均匀、团聚少的锐钛矿型TiO2粉体。 关键词: 二氧化钛；沉淀法；微粉 PREPARTION OF TITANIA DIOXIDE NAN-POWDER BY PRECIPITATIONXiao Junli (College of Chemistry and Materials Science， Anhui Normal University, Wuhu,241000)Abstract: Titania nano-powder was prepared by precipitation method, using TiCl4 as raw material .The crystal phase, grain size and morphology of samples were studied by XRD. Affection of the factors such as pH, drying method and temperature on the samples were discussed in details. The result shows: sample’s crystal phase is affected by pH value of the solution, and the sample, treated with microwave, has lesser grain size than the one dried by traditional method. The TiO2 powders calcined at 700oC for 30 min, for using the TiCl4 solution with pH value of 7 are anatase with less than 35 min diameter in even granularity distribution and less agglomerate after treated by microwave for 10 min. Key words: titanium dioxide; precipitation; nano-powder一．综述 （一） TiO2的结构和性能 常见的二氧化钛有金红石、锐钛矿和板钛矿3 种结构[1,3]，前两者为四方晶系，后者为斜方晶系，金红石和锐钛矿结构虽均为四方晶系，但两者的空间群不相同， 3 种晶体构型虽都是[ TiO6 ]八面体共棱为基础的，但每种晶型的[ TiO6 ]八面体与其它晶型的[ TiO6 ]八面体共棱的数目不同，金红石是以2 个棱联结，板钛矿为3 个棱联结，而锐钛矿以4 个棱共用。由于锐钛矿、板钛矿和金红石的结构不同，稳定性不同，板钛矿和锐钛矿是低温相、金红石是高温相，前二者可以在600 ℃以上温度转变为金红石型，这种转化不是突跃式的，而是渐进的和不可逆的，这个转化除了受温度影响外，还受到能加速或阻止晶型转化的促进剂和抑制剂的影响。由于纳米金红石型二氧化钛的高稳定性、耐腐蚀性、耐候性和对人体无害性，以及它高的折射率、优异的透光性和很强的紫外线屏蔽能力，使它在高级涂料、化妆品、高分子材料、文物保护等诸多方面有巨大的应用前景，因而引起了人们的极大关注。而锐钛矿型二氧化钛旧称八面石。是钛矿的主要矿物组分之一。理论含钛60%。四方晶系，晶体呈锥状、板状或柱状等，晶体形态变化大。褐、黄、浅紫、灰黑、浅蓝绿色等。金刚光泽。硬度～，密度～。产于区域变质岩系的石英脉中或作为副矿物产于火成岩及变质岩中。用于生产钛白粉和海绵钛，也是提炼金属钛的矿物原料。 纳米材料是一种新兴材料，一般是指粒径小于 100 nm 的超微颗粒。这种超微颗粒具有表面积大，表面活性高，良好的催化特性，它既具有金属和非金属的特异性能。随着现代科学技术的迅速发展，纳米材料的应用也越来越广泛，对其要求也越来越高。就纳米二氧化钛而言，由于它具有极大的体积效应、表面效应、光学特性、颜色效应，故在光、电及催化等方面显示出其特殊性质，所以它作为一种新型材料，其应用领域日益广泛。 （二） 纳米TiO2 的应用 由于TiO2微粉具有这些特殊性能，这就决定了它在各个领域中具有广阔的应用前景。 （1）在化学工业中的利用 催化是纳米超微粒子应用的重要领域之一。利用纳米超微粒子的高比表面积与高活性可以显著地提高催化效率，国际上已作为第四代催化剂进行研究和开发。纳米 TiO 2 具有很高的化学活性，良好的耐热性和耐化学腐蚀性，可用作性能优良的催化剂、催化剂载体和吸收剂。如纳米 TiO2 在催化 H 2 S 除去 S 时，显示出相当高的催化活性。此外，纳米 SiO 2 和 TiO 2的无机或有机复合材料具有特殊功能，这些纳米材料正在开发中[1,2]。 （2）在电子工业产品中的应用 纳米 TiO 2是许多电子材料的重要组成部分，可用于制作纳米敏感材料及纳米陶瓷功能材料。由于纳米粒子尺寸小，比表面积大，表面活性高，所以适合作气敏材料，如有纳米 TiO 2 可制成灵敏度很高的气敏元件。同时，由于纳米相陶瓷一次成型塑性形变是可以实现的，人们利用纳米 TiO2 一次成型形变制成了纳米 TiO2陶瓷，这种陶瓷具有超细晶粒尺寸并保持它们的特性[3,4]。 （3）在环保方面的应用 纳米 TiO 2 粒子的光催化作用在环保方面有广阔的用途。国内外有许多文献报道了这方面的进展。英国伦敦和安大略核子技术环境公司，开发了一种新颖的常温光催化技术，采用人工光和纳米二氧化钛催化剂，可将工业废液和污染地下水中的多氯联苯类化合物分解[5]。当污染水通过二氧化钛涂层网络时，只要受到低计量紫外光的照射，便会发生反应，生成活性极强的氢氧自由基，迅速将有机毒物分解为二氧化碳和水。此外，利用纳米 TiO2 材料作为光催化剂还可催化降解纺织印染业和照相业排出的染料污染物。随着社会经济的发展，人们越来越重视生活质量和健康水平的提高。抗菌、防腐、除味、净化空气、优化环境将成为人们的追求。当前全球面临着严重的环境污染，纳米 TiO 2 作为而久的光催化剂已被应用在除了水和空气净化之外的各种环境方面的问题。有关资料表明，纳米TiO 2 对于破坏微观的细菌和气味是有用的。另外还可以使癌细胞失活，对臭味（4）在化妆品工业中的应用 纳米 TiO 2 具有优异的紫外线屏蔽性，再加上它的透明性（不会在皮肤上残留白色，能厚涂抹）和无毒（不会刺激皮肤引起发炎）等特点，至今已成为防晒化妆品的理想原料。据行业报道，在日本每年已有一定量的纳米 TiO 2作为防晒剂、化妆品底和口红等产品的添加原料[5,6]。 （5）在医药卫生和食品加工领域的应用 纳米结构不仅坚固，而且具有自身对抗外界不纯物质的能力，不易与外界不纯物质结合。同时，纳米级微粒或有机小分子将更有利于人体吸收，能提高药物的效能。因此纳米 TiO 2在健康卫生及食品工业有广阔的应用前景。有资料报道，已开发出具有抗菌和净化性能的 TiO 2薄膜陶瓷。另外，纳米 TiO 2已应用在食品工业中，如作乐百氏奶的添加剂。 此外，纳米 TiO 2 在塑料、涂料等工业也有广泛应用，可用作塑料填料、高级油漆、涂料的原料[5,7]。 （三） TiO 2粉体的制备 由于纳米 TiO 2具有许多优异性能，其用途相当广泛，因而其制备受到国内外的极大关注。目前制备纳米 TiO 2 粉体的方法主要有两大类：物理法和化学法。 （1）物理法 制备纳米 TiO 2 粉体的物理法主要有溅射，热蒸发法及激光蒸发法。物理法制备纳米粒子是最早的方法，它的优点是设备相对来说比较简单，易于操作和易于对粒子进行分析，能制备高纯粒子，还可制备薄膜和涂层。它的产量较大，但成本较高[7]。 （2）化学法 制备纳米 TiO2 粉体的化学方法主要有液相法和气相法。液相法包括沉淀法、溶胶-凝胶法和W/O微乳液法；气相法主要有 TiCl 4气相氧化法。液相法反应周期长，三废量较大，虽然能首先得到非晶态粒子，高温下发生晶型转变，但煅烧过程极易导致粒子烧结或团聚；而气相氧化法具有成本低、原料来源广等特点，能快速形成锐钛型、金红石型或混合晶型 TiO2 粒子，后处理简单，连续化程度高。但此法对技术和设备要求较高[8]。 1）均匀沉淀法 纳米颗粒从液相中析出并形成包括两个过程：一是核的形成过程，称为成核过程；另一是核的长大过程，称为生长过程。当成核速率小于生长速率时，有利于生成大而少的粗粒子；当成核速率大于生长速率时，有利于纳米颗粒的形成。因而，为了获得纳米粒子必须保证成核速率大于生长速率，即保证反应在较高的过饱和度下进行。均匀沉淀法制备纳米 TiO 2 是利用 CO(NH 2 ) 2 在溶液中缓慢地、均匀地释放出 OH - 。其基本原理主要包括下列反应[9]： CO(NH 2 ) 2 +3H 2 O=2NH 3 ·H 2 O+CO2 ↑ NH 3 ·H 2 O=NH 4 + +OH – TiO 2 + +2OH - =TiO(OH) 2 ↓ TiO(OH) 2 =TiO 2 +H2 O 在这种方法中，不是加入溶液的沉淀剂直接与 TiOSO 4发生反应，而是通过化学反应使沉淀在整个溶液中缓慢地生成。向溶液中直接添加沉淀剂，易造成沉淀剂的局部浓度过高，使沉淀中夹有杂质。而在均匀沉淀法中，由于沉淀剂是通过化学反应缓慢生成的，因此，只要控制好生成沉淀剂的速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当范围内，从而控制粒子的生长速度，获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子。该法生产成本低，生产工艺简单，便于工业化生产。 2）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是制备纳米粉体的一种重要方法。它具有其独特的优点[10]，其反应中各组分的混合在分子间进行，因而产物的粒径小、均匀性高；反应过程易于控制，可得到一些用其他方法难以得到的产物，另外反应在低温下进行，避免了高温杂相的出现，使产物的纯度高。但缺点是由于溶胶-凝胶法是采用金属醇盐作原料，其成本较高，其该工艺流程较长，而且粉体的后处理过程中易产生硬团聚。 采用溶胶- 凝胶法制备纳米TiO 2 粉体，是利用钛醇盐为原料。原先通过水解和缩聚反应使其形成透明溶胶，然后加入适量的去离子水后转变成凝胶结构，将凝胶陈放一段时间后放入烘箱中干燥。待完全变成干凝胶后再进行研磨、煅烧即可得到均匀的纳米 TiO 2粉体。有关化学反应如下： 在溶胶-凝胶法中，最终产物的结构在溶液中已初步形成，且后续工艺与溶胶的性质直接相关，因而溶胶的质量是十分重要的。醇盐的水解和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的关键。因此溶剂的选择是溶胶制备的前提。同时，溶液的 pH 值对胶体的形成和团聚状态有影响，加水量的多少会影响醇盐水解缩聚物的结构，陈化时间的长短会改变晶粒的生长状态，煅烧温度的变化对粉体的相结构和晶粒大小的影响。总之，在溶胶- 凝胶法制备 TiO 2 粉体的过程中，有许多因素影响粉体的形成和性能。因此应严格控制好工艺条件，以获得性能优良的纳米 TiO2 粉体。 3）反胶团或W/O微乳液法 反胶团或 W/O 微乳液法是近十年发展起来的一种新方法。该法设备简单，操作容易，并可人为控制合成颗粒的大小，在超细颗粒，尤其是纳米粒子的制备方面有独特优点。 反胶团是指表面活性剂溶解在有机溶剂中，当其浓度超过CMC （临界胶束浓度）后，形成亲水极性头朝内，疏水链朝外的液体颗粒结构。反胶团内核可增溶水分子，形成水核，颗粒直径小于 100 nm 时，称为反胶团，颗粒直径介于 100~2 000 nm时，称为 W/O 型微乳液[11]。 反胶团或微乳液体系一般由表面活性剂，助表面活性剂，有机溶剂和 H2O 四部分组成。它是一个热力学稳定体系，其水核相当于一个“微型反应器”，这个“微型反应器”具有很大的界面，在其中可以增溶各种不同的化合物，是非常好的化学反应介质。反胶团或微乳液的水核尺寸是由增溶水的量决定的，随增水量的增加而增大。因此，在水核内进行化学反应制备超微颗粒时，由于反应物被限制在水核内，最终得到的颗粒粒径将受水核大小的控制。 反胶团或微乳液法制备纳米 TiO 2是利用 TBP （磷酸三丁酯）为萃取剂，煤油作稀释剂，在室温下萃取金属钛离子，同时控制条件使其形成有机相的反胶团溶液，将该溶液在室温下以氨水反萃，控制氨水用量和浓度，将得到的沉淀物洗涤干燥焙烧，即获得纳米 TiO 2粉体。 反胶团或微乳液法可利用胶团大小来控制微粒尺寸，在纳米粒子制备中具有潜在优势，但这种方法刚刚起步，有许多基础研究要做，反胶团或微乳的种类、微观结构与颗粒制备的选择性之间的规律尚需探索，更多的用于超微颗粒合成的新反胶团或微乳液体系需要寻找。 4） TiCl 4 气相氧化法 气相法制备纳米TiO 2 比较典型的是 TiCl 4气相氧化法。该法以氮气作TiCl 4的载气，以氧气作氧化剂，在高温管式气溶胶反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米 TiO 2粉[12]体。在此过程中，停留时间和反应温度对 TiO2的粒径和晶型有影响。 其反应原理：气相反应器中，反应物的消耗对粒子成核速率的影响比对生长速率的影响大，因为成核速率对体系中产物单体过饱和度更加敏感。随着反应进行，过饱和度迅速降低。反应初期以成核为主，而在反应后期成核终止，以表面生长为主。通常在高温下反应速率极快，延长停留时间，只是延长了粒子生长时间，因此产物粒径增大，比表面积减小。同时，停留时间延长，锐钛分子簇有足够时间转变成金红石分子簇，使金红石含量增大。另外，气相反应器中，超微粒子形成过程包括气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、凝并和聚集或烧结等步骤。在高温下气相反应速率非常快，以致温度变化对成核速率的影响已不显著，而温度升高，粒子表面单分子外延和表面反应速率加快；同时气体分子平均自由度增大，粒子之间碰撞加剧，颗粒凝并速率增大，粒子间易发生凝并长大。另外由于反应器中初生粒子相当细小，颗粒边界表面能很大，小粒子极易逐渐扩散，融合形成大粒子，从而降低表面能，反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大，从而导致粒子比表面积减小、粒径增大。 （四）本实验采用沉淀法制备二氧化钛的原因 （1）优点 原料来源广，成本低，设备简单，适于大规模生产， TiCl 4是一种廉价易得得化工原料，此法可得到分散性好粒经均匀得纳米级TiO 2，此实验重现行好，操作简单，粒径可控[10,11,12,13]。 （2）缺点 本实验在过滤，干燥和煅烧过程中易引起粒子间团聚，影响产品的分散性.由于过程中Cl-等无机离子的引入，需反复洗涤除去这些离子，存在工艺流程长，废液多，产物损失大的缺点，完全除去无机粒子较困难，所得的产物纯度不高[10,11,12,13]。二．实验部分 （一） 原料及设备 本文所采用的实验药品及规格如下表所示： 表1 实验药品及规格药品名称化学分子式等级四氯化钛TiCl 4AR无水乙醇C2H5OHAR氨水盐酸HClAR蒸馏水H2O自制硝酸银AgNO3AR本文所使用的实验设备及型号如下： 玻璃器皿 PH试纸 TG16G型离心机 DHG-9053A型干燥箱 HO3-A型磁力搅拌器 （二）实验工艺煅烧TiO2粉体TiCl4(aq)pH<1的水溶液氨水水洗调试pH值C2H5OH洗涤恒温箱80OC干燥微波干燥图1. 沉淀法制备TiO2粉体工艺流程图

导电胶 具有室温、高温或潮湿固化机理的单成分或双成分环氧树脂和硅酮粘合剂。 通用导电环氧树脂 双成分的银、铜镀银和玻璃镀银填充的粘合剂满足大多数严格的电气粘接要求，不需要通常获得有效的铅--锡固体连接所要求的高温、焊剂和昂贵的准备技术。它在室温或高温下固化成固体结构的粘接。 环氧树脂对铜、青铜、冷轨钢、铝、镁、镍基合金、镍、陶瓷、酚醛和塑料基底具有良好的粘合力。典型应用包括把EMI屏蔽通道、窗口或丝网衬料粘合在屏蔽的永久性接缝上。 柔性硅酮粘合剂 具有铜镀银、铝镀银或玻璃镀银填料颗粒， 这些导电的硅酮固化成为垫状的密封件。当用在现场粘合导电硅酮衬料时，它们必须在薄（～）粘合层中使用。技术表面应当要求用推荐的打底剂来预处理以改善粘合力。 导电填充剂 用单成分非硬化系统或双成分固化系统来填塞裂缝和较大的缝隙。 刚性环氧树脂 双成分导电环氧树脂填充剂对不同的基底提高良好的粘合力，并且能用在搭接或对接应用上。它们的特点是较大的铜镀银颗粒（>），非常适用于密封公差较差的表面。粘合层应当不薄于。砂粒填料咬透薄的、非导电 表面，例如氧化层。应用包括粘合和屏蔽铸铝机壳、导管闷头、过滤器和加工好的技术机壳。 注意：这些复合剂应当仅在接缝将不会破裂时使用。 硅酮和柔性聚异乙烯 这些单成分非硬化密封胶配置用来屏蔽或密封那些很可能是错装或者承受振动、承受扭曲的接点和接缝。关键特点是这种材料能保持粘合处不干裂或者从表面脱开。 导电涂料 环氧树脂涂料 导电环氧树脂涂料在各种应用场合提供EMI屏蔽、防静电保护、电晕屏蔽和表面接地。聚丙乙烯涂料 导电聚丙乙烯风干涂料倾向于用在非导电基底上的EMI屏蔽。它们提供了选择填料系统，来满足不同的性能要求，含银的系统具有较低的电阻率，用于要求较好的屏蔽性能。含镍的系统相对较贵，用于在很宽的频率范围内提供中等等级的EMI屏蔽

为了回答什么是胶体这一问题,我们做如下实验:将一把泥土放到水中,大粒的泥沙很快下沉,浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部,而土中的盐类则溶解成真溶液.但是,混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子,它们既不下沉,也不溶解,人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒,含有胶体颗粒的体系称为胶体体系.胶体化学,狭义的说,就是研究这些微小颗粒分散体系的科学. 通常规定胶体颗粒的大小为1~100nm(按胶体颗粒的直径计).小于1nm的几颗粒为分子或离子分散体系,大于100nm的为粗分散体系.既然胶体体系的重要特征之一是以分散相粒子的大小为依据的,显然,只要不同聚集态分散相的颗粒大小在1~100nm之间,则在不同状态的分散介质中均可形成胶体体系.例如,除了分散相与分散介质都是气体而不能形成胶体体系外,其余的8种分散体系均可形成胶体体系. 习惯上,把分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶,如介质为水的称为水溶胶;介质为固态时,称为固溶胶. 由此可见,胶体体系是多种多样的.溶胶是物质存在的一种特殊状态,而不是一种特殊物质,不是物质的本性.任何一种物质在一定条件下可以晶体的形态存在,而在另一种条件下却可以胶体的形态存在.例如,氯化钠是典型的晶体,它在水中溶解成为真溶液,若用适当的方法使其分散于苯或醚中,则形成胶体溶液.同样,硫磺分散在乙醇中为真溶液,若分散在水中则为硫磺水溶胶. 由于胶体体系首先是以分散相颗粒有一定的大小为其特征的,故胶粒本身与分散介质之间必有一明显的物理分界面.这意味着胶体体系必然是两相或多相的不均匀分散体系. 另外,有一大类物质(纤维素、蛋白质、橡胶以及许多合成高聚物）在适当的溶剂中溶解虽可形成真溶液,但它们的分子量很大（常在1万或几十万以上,故称为高分子物质）,因此表现出的许多性质（如溶液的依数性、黏度、电导等）与低分子真溶液有所不同,而在某些方面（如分子大小）却有类似于溶胶的性质,所以在历史上高分子溶液一直被纳入胶体化学进行讨论.30多年来,由于科学迅速地发展,它实际上已成为一个新的科学分支——高分子物理化学,所以近年来在胶体表面专著（特别是有关刊物）中,一般不再过多地讨论这方面内容. ——摘自《胶体与表面化学（第三版）》,化学化工出版社 胶体 定义；分散质粒子大小在1nm~100nm的分散系. 胶体与溶液、浊液在性质上有显著差异的根本原因是分散质粒子的大小不同. 常见的胶体：Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、涂料、肥皂水、AgI、Ag2S、As2S3 分类：按照分散剂状态不同分为： 气溶胶——分散质、分散剂都是气态物质：如SO2扩散在空气中 液溶胶——分散质、分散剂都是液态物质：如Fe(OH)3胶体 固溶胶——分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金 3、区分胶体与溶液的一种常用物理方法——利用丁达尔效应 胶体粒子对光线散射而形成光亮的“通路”的现象,叫做丁达尔现象. 胶粒带有电荷 胶粒具有很大的比表面积(比表面积=表面积／颗粒体积),因而有很强的吸附能力,使胶粒表面吸附溶液中的离子.这样胶粒就带有电荷.不同的胶粒吸附不同电荷的离子.一般说,金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳离子,胶粒带正电,非金属氧化物、金属硫化物的胶粒吸引阴离子,胶粒带负电. 胶粒带有相同的电荷,互相排斥,所以胶粒不容易聚集,这是胶体保持稳定的重要原因. 由于胶粒带有电荷,所以在外加电场的作用下,胶粒就会向某一极(阴极或阳极)作定向移动,这种运动现象叫电泳. 胶体的种类很多,按分散剂状态的不同可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶.如：云、烟为气溶胶,有色玻璃为固溶胶.中学研究的胶体一般指的是液溶胶.胶体的性质体现在以下几方面： ①有丁达尔效应 当一束光通过胶体时,从入射光的垂直方向上可看到有一条光带,这个现象叫丁达尔现象.利用此性质可鉴别胶体与溶液、浊液. ②有电泳现象 由于胶体微粒表面积大,能吸附带电荷的离子,使胶粒带电.当在电场作用下,胶体微粒可向某一极定向移动. 利用此性质可进行胶体提纯. 胶粒带电情况：金属氢氧化物、金属氧化物和AgI的胶粒一般带正电荷,而金属硫化物和硅酸的胶粒一般带负电荷. ③可发生凝聚 加入电解质或加入带相反电荷的溶胶或加热均可使胶体发生凝聚.加入电解质中和了胶粒所带的电荷,使胶粒形成大颗粒而沉淀.一般规律是电解质离子电荷数越高,使胶体凝聚的能力越强.用胶体凝聚的性质可制生活必需品.如用豆浆制豆腐,从脂肪水解的产物中得到肥皂等. ④发生布朗运动 含义：无规则运动（离子或分子无规则运动的外在体现） 产生原因：布朗运动是分子无规则运动的结果 布朗运动是胶体稳定的一个原因 胶体的知识与人类生活有着极其密切的联系.除以上例子外还如： ①土壤里发生的化学过程.因土壤里许多物质如粘土、腐殖质等常以胶体形式存在. ②国防工业的火药、炸药常制成胶体. ③石油原油的脱水、工业废水的净化、建筑材料中的水泥的硬化,都用到胶体的知识. ④食品工业中牛奶、豆浆、粥都与胶体有关.

《胶体化学》作者： 冯绪胜、刘洪国、郝京诚 定价： ¥ 元 出版社： 化学工业出版社 出版日期： 2005年03月 ISBN： 7-5025-6335-0

杨木化学机械浆中溶解与胶体物质的研究目录第1章绪论...............................................................................................................杨木制浆............................................................................................................杨木的纤维特性与化学成分..................................................................杨木化学机械浆的发展..........................................................................杨木化学机械浆中的阴离子垃圾..........................................................白水中溶解与胶体物质的来源........................................................................木材原料..................................................................................................废纸回用..................................................................................................化学添加剂.............................................................................................. DCS对造纸系统和纸页质量的影响.................................................................对纸张质量的影响..................................................................................系统的腐蚀和堵塞..................................................................................生产状况的改变......................................................................................化学机械浆白水DCS组分的分离和分析方法.............................................离心过滤分离法....................................................................................化学分离分析法....................................................................................离子交换色谱分离法............................................................................白水DCS组分参数的测定...................................................................仪器分析方法........................................................................................白水中DCS的去除技术.................................................................................膜过滤技术............................................................................................化学絮凝.................................................................................................浮选法.....................................................................................................生物菌处理.............................................................................................酶处理....................................................................................................氧化处理................................................................................................蒸发技术................................................................................................加入改性片沸石法................................................................................冷冻结晶法............................................................................................洗涤......................................................................................................将DCS保留在纤维中.........................................................................论文的研究目的、意义及内容......................................................................研究的目的和意义.................................................................................研究内容.................................................................................................20第2章杨木化学机械浆中溶解与胶体物质的特性分析...........................................实验原料与方法...............................................................................................实验原料与药品.....................................................................................实验方法.................................................................................................结果与讨论.......................................................................................................模拟白水中DCS的宏观特性分析.......................................................水样中DCS的粒度分析....................................................................... DCS中脂肪酸和树脂酸的GC-MS分析.............................................. DCS中碳水化合物的GC-MS分析......................................................小结...................................................................................................................40第3章溶解与胶体物质对纸浆性能的影响...............................................................实验...................................................................................................................原料.........................................................................................................实验方法.................................................................................................结果与讨论....................................................................................................... DCS对纸张光学性能的影响................................................................. DCS对纸张松厚度的影响..................................................................... DCS对纸张裂断长的影响..................................................................... DCS对纸张撕裂指数的影响................................................................. DCS对纸张耐破指数的影响................................................................. DCS对施胶的影响................................................................................. DCS对纤维留着和滤水性能的影响.....................................................结论...................................................................................................................50第4章生物酶处理与阳离子聚合物处理DCS............................................................实验原料与方法...............................................................................................实验原料.................................................................................................实验方法...........................................................................................................结果与讨论.......................................................................................................酶处理对DCS水样性质影响...............................................................阳离子聚合物用量对其与DCS之间作用的影响...............................阳离子聚合物结合酶处理对水样阳离子需要量的影响.....................小结...................................................................................................................64第5章结论与展望..................................................................................................... DCS在纤维上吸附的扫描电镜观察.......................................................48III参考文献........................................................................................................................67致谢................................................................................................................................78攻读硕士学位期间发表的论文....................................................................................79摘要近年来，高得率化学机械浆受到越来越多的重视。在化机浆制浆过程中，会产生大量的溶解与胶体物质（dissolved and colloidal substances，简称DCS），其中包括树脂酸、脂肪酸、聚糖、果胶酸、木素类物质等。这些物质释放到浆水体系中会给湿部操作和产品质量带来严重的影响。本文以杨木APMP和杨木BCTMP为原料，对纸浆中的溶解与胶体物质进行了研究。首先对纸浆中的DCS进行了表征，利用GC-MS技术对DCS的化学组成进行了分析；其次研究了其对纸浆物理性能、光学性能及滤水性能的影响；最后研究了阳离子聚合物和果胶酶处理对DCS产生的影响。研究结果表明，浆水体系DCS中DS部分占其含量的60%左右，灰分含量为50%左右。DCS的阳离子需要量和浊度主要由胶体物质贡献。胶体物质对水样的电导率贡献很少，溶解物质的浓度是水样电导率的决定性因素。通过GC-MS分析水样，定量确定了MTBE抽出物中的八种脂肪酸：十二酸、十五酸、软脂酸、十七酸、亚麻酸、硬脂酸、亚油酸、油酸。通过GC-MS分析水样中的碳水化合物组分，定量确定了六种成分分别为：木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、半乳糖醛酸、甘露糖。浆水体系中的DCS对纸张白度及物理强度性能有非常不利的影响。DCS的存在导致纸张白度降低。DCS中胶体物质影响纤维间的氢键结合，降低了纤维间的结合力，从而导致纸张抗张强度、耐破度和撕裂度的降低。随着体系中DCS浓度的增加，阳离子聚丙烯酰胺的助留助滤效果明显降低。其主要是因为阳离子聚合物被优先吸附到DCS上而不是纤维上，与DCS形成了聚电解质复合体，从而降低了阳离子聚丙烯酰胺对微粒的絮聚能力，从而影响了浆料的滤水性能。果胶酶能够降解DCS中的果胶物质，利用果胶酶处理DCS水，可以降低其阳离子需要量。当酶用量为30APSU/L，处理时间为60分钟时，APMP和BCTMP水样的阳离子需要量比对照样降低和。阳离子聚合物的加入能够使得DCS失稳，有效地降低水样的阳离子需要量。高分子质量低电荷密度的CPAM和阳离子淀粉通过桥联机理使DCS失稳，而低分子质量高电荷密度的PDADMAC通过电荷补丁或电荷中和机理使DCS失稳。将阳离子聚合物和生物处理相结合能更加有效地降低水样的阳离子需要量。关键词：APMP；BCTMP；溶解与胶体物质；果胶酸