纳米TiO2的水环境行为研究——纳米TiO2在水体中的分散沉降行为研究

摘要

由于纳米TiO2独特的电子、光学、热学和光催化性,纳米TiO2成了当前及未来众多工业应用的理想材料。随着纳米TiO2需求和含纳米TiO2产品的不断增加,纳米TiO2释放到环境中的量也不断增加。一旦纳米TiO2进入到生物圈,高活性的纳米TiO2粒子可能会对人类及生物体产生不可预料的影响。因此,纳米TiO2材料经过不同途径暴露于水体后,研究其在水体中的环境行为是非常必要的。
　　 本课题根据已有的理论基础,运用扩展的DLVO理论模型分析预测水环境条件对纳米TiO2分散沉降性能的影响,对其中的主要影响因素进行理论推导分析。推导结果表明,电解质浓度及价位、水温、pH和哈梅克常数等因素都会对纳米TiO2的分散性能产生影响。
　　 实验初步研究了pH、表面活性剂对纳米TiO2在水体中分散性能的影响并应用DLVO理论和扩展的DLVO理论对其量化分析。结果表明纳米TiO2在水体中多以团聚体的形式存在,团聚体的尺寸大小因外界影响因素不同而改变。强酸或强碱条件下,纳米TiO2的分散性能相对较好,颗粒尺寸较小,在等电点(pH=6.3)附近,纳米TiO2的分散性能最差,颗粒尺寸也较大。表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠和吐温80都增大了纳米TiO2在水体中的分散性。十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基苯磺酸钠对纳米TiO2的分散机理是改变了粉体表面的Zeta电位,从而增大了粒子之间的排斥力,使溶液能够稳定存在,减少了纳米TiO2的沉降率;吐温80对纳米TiO2的分散机理是吐温80能够明显降低水的表面张力,因此空间稳定作用相对明显。DLVO理论分析结果和实验结果基本一致。