二氧化钛(TiO2)作为一种白色颜料,由于其白度,高折射率,无毒,耐候性好广泛应用于涂料、造纸、橡胶、化妆品和塑料中。二氧化钛作为一种重要金属氧化物,具有很好的光化学活性如紫外吸收和光催化性能,同时具有酸催化性能受到了广泛关注。本论文主要研究内容如下:

(1)在水相体系中,分别通过紫外可见光谱仪和过氧化氢光降解,建立了二氧化钛颜料在紫外光区域内的紫外屏蔽性能评价方法。该方法可以直观地和有效地表征工业二氧化钛颜料紫外屏蔽性能,同时具有简单快捷,重现性好等优点。

(2)以2,4-TDC为分子探针,研究了金红石型二氧化钛颜料紫外屏蔽性能及光化学性能。根据2,4-TDC的光降解速率常数,能体现一系列工业金红石二氧化钛颜料紫外屏蔽性能差异。紫外光照下表面包覆的金红石二氧化钛颜料不能完全抑制羟基自由基(·OH)和光生空穴(h+)活性物种的产生。采用UV-Vis,FT-IR,PL等手段对二氧化钛颜料进行了表征。光降解实验表明,金红石型二氧化钛颜料抑制2,4-TDC的降解,相反,锐钛矿型二氧化钛颜料促进2,4-TDC的降解。根据已鉴定的降解中间产物及理论计算结果,提出了2,4-TDC的可能的降解机制包括羟基自由基的加成和侧链上氨基甲酸酯键的断裂两条路径。该2,4-TDC为分子探针的研究思路,可能为其他复合材料体系中有机聚合物光化学特性及耐候性等方面的高效考察或表征提供借鉴,促进材料化学与应用技术的发展。

(3)以甲基橙为典型的染料模型分子,考察了工业级金红石型和锐钛矿型锐二氧化钛颜料的光催化活性,并进一步探讨了甲基橙浓度,催化剂浓度,溶液初始pH,以及常见阳离子如Fe2+,Cu2+,Mg2+,Mn2+,Zn2+和Na+对甲基橙光降解的影响,同时分析了活性物种对甲基橙光降解的贡献。实验结果表明,甲基橙的光降解遵循Langmuir-Hinshelwood模型,Fe2+,Cu2+,Mg2+,Mn2+和Zn2+的存在不利于甲基橙的降解,而一定浓度的Na+能促进甲基橙的降解。包括h+,·OH和过氧自由基(O2?-)在内的多种活性物种参与甲基橙的降解。

(4)以环氧苯乙烷异构化为探针反应,探讨了金红石二氧化钛颜料表面酸催化性能。以环己烷为溶剂,采用液相吡啶吸附法测定了二氧化钛颜料酸量,同时考察了催化剂用量和反应溶剂对环氧苯乙烷异构化的影响,分析了二氧化钛颜料催化环氧苯乙烷异构化机理。实验结果表明,金红石型二氧化钛颜料是一种能有效催化环氧苯乙烷合成苯乙醛的固体酸催化剂。80℃在环己烷反应体系中,环氧苯乙烷的转化率可达34.1%。二氧化钛表面上的羟基和Ti4+存在是催化异构化反应的关键。