目前，我國(guó)納米二氧化鈦(TiO2)的制備技術(shù)己相當(dāng)成熟。二氧化鈦制備方法有很多，主要有硫酸法、氯化法、四氯化鈦液相水解法、四氯化鈦氫氧焰法(火焰氣相沉積法)和鈦醇鹽水解法等。其中工業(yè)上常用的是硫酸法和氯化法。

　　對(duì)二氧化鈦的研究大多都停留在耐候性、光催化性能、復(fù)合材料等的研究上，對(duì)納米TiO2在特種紙上的研究較匱乏。另外，納米TiO2不易在非極性介質(zhì)中分散，在極性介質(zhì)中易凝聚直接影響到了納米二氧化鈦?zhàn)陨韮?yōu)異性能的發(fā)揮。因此亟需解決納米二氧化鈦分散性問(wèn)題。

　　1納米TiO2的特性

　　1.1殺菌功能

　　納米級(jí)二氧化鈦具有高光活性，運(yùn)用到了強(qiáng)光殺菌技術(shù)[1-3]。實(shí)驗(yàn)證明，以0.1mg/cm3濃度的銳鈦型納米TiO2可徹底地殺死惡性海拉細(xì)胞，而且隨著超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細(xì)胞的效率也提高[4]。對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢、綠膿桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌、牙枝菌和曲霉的殺滅率均達(dá)到98%以上。

　　1.2防紫外線功能

　　納米TiO2既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過(guò)可見光，是性能優(yōu)越、極有發(fā)展前途的物理屏蔽型的紫外線防護(hù)劑。納米二氧化鈦由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，從而對(duì)紫外線有更強(qiáng)的阻隔能力。與同樣劑量的一些有機(jī)紫外線防護(hù)劑相比，納米二氧化鈦在紫外區(qū)的吸收峰更高，不像有機(jī)紫外線防護(hù)劑那樣只單一對(duì)UVA或UVB有吸收，更重要的是它還是廣譜屏蔽劑[5]。二氧化鈦可以吸收能量高于420nm的紫外而以激發(fā)二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)中內(nèi)層電子的躍遷。利用納米TiO2的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、涂料、紡織制品和塑料填充劑，可以替代有機(jī)紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。

　　1.3自清潔功能

　　納米TiO2具有很強(qiáng)的"超親水性"，在它的表面不易形成水珠，而且納米TiO2在可見光照射下可以對(duì)碳?xì)浠衔镒饔谩＠眠@樣一個(gè)效應(yīng)可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層，利用氧化鈦的光催化反應(yīng)就可以把吸附在氧化鈦表面的有機(jī)污染物分解為CO2和O2，同剩余的無(wú)機(jī)物一起可被雨水沖刷干凈，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能。日本已有在實(shí)驗(yàn)室研制成功自潔瓷磚，這種新產(chǎn)品的表面上有一薄層納米TiO2薄膜，任何粘污在表面上的物質(zhì)，包括油污、細(xì)菌在光的照射下，由于納米TiO2的催化作用，可以使這些碳?xì)浠衔镞M(jìn)一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)。納米TiO2光催化作用使得高層建筑的玻璃、廚房易粘油污的瓷磚、汽車后視鏡及前窗玻璃的保潔都可以輕松地進(jìn)行。

　　2納米TiO2的分散性能

　　2.1納米TiO2分散機(jī)理

　　胡杰等[6]發(fā)現(xiàn)在納米二氧化鈦的水分散體系中，主要是范德華力、靜電排斥作用力、因吸附層而產(chǎn)生的位阻效應(yīng)等。另外，納米二氧化鈦的分散機(jī)理還可以從雙電子層理論解釋。雙電子層理論是指微粒的內(nèi)部稱為微粒核一般帶負(fù)電荷形成一個(gè)負(fù)離子層，其外部由于電性吸引而形成一個(gè)正離子層(反離子層包括非活動(dòng)性離子層和擴(kuò)散層)，合稱為雙電層。該理論一般情況下是依靠調(diào)節(jié)PH值或是加入電解質(zhì)，使粒子表面產(chǎn)生電荷，以增大雙電層厚度和顆粒表面的電位值，使顆粒之間產(chǎn)生排斥力，從而實(shí)現(xiàn)顆粒的分散性。

　　2.2pH值對(duì)納米TiO2分散性的影響

　　二氧化鈦在水溶液中由于pH值得不同，可以帶正電、負(fù)電或是電中性。當(dāng)pH值較低的時(shí)候，納米TiO2表面形成TiO2- OH2+，導(dǎo)致粒子表面帶正電荷；當(dāng)pH值處于中間值時(shí)，粒子表面形成Ti-OH鍵，此時(shí)粒子呈電中性，納米TiO2的分散性能最差；當(dāng)pH值較高的時(shí)候，粒子表面形成OH-O-鍵，使粒子表面帶負(fù)電荷，此時(shí)pH值越大，粒子表面的負(fù)電荷越多，雙電層的厚度越厚，粒子間的斥力位能越大，粒子分散效果越好[7]。郭文錄等[8]人認(rèn)為在納米二氧化鈦水分散體系穩(wěn)定性的研究中認(rèn)為，pH=10時(shí)分散效果為最佳狀態(tài)。

　　2.3電解質(zhì)對(duì)納米TiO2分散性的影響

　　納米二氧化鈦的分散性與電解質(zhì)有關(guān)。納米二氧化鈦在純水作為分散劑時(shí)，分布不均勻是由于粒子間靜電吸引而導(dǎo)致的。而研究表明當(dāng)有機(jī)溶劑作分散劑的水溶液中，納米二氧化鈦分散性較好。任夕娟等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明電解質(zhì)離子價(jià)越高，凝集作用越強(qiáng)，及少量電解質(zhì)也會(huì)使分散液凝集。因此在平時(shí)的使用、保存中應(yīng)避免無(wú)機(jī)鹽的混入和附著。

　　2.4表面活性劑對(duì)納米TiO2分散性的影響

　　高分子類表面活性劑可以通過(guò)氫鍵、范德華力、靜電吸引力可納米二氧化鈦產(chǎn)生吸附。例如分子鏈較長(zhǎng)的(聚丙烯酰胺PAM、聚甲基丙烯酸PMAA等)可以提供空間位阻屏蔽，從而阻礙納米二氧化鈦顆粒的團(tuán)聚。但是加入高分子表面活性劑的量需要嚴(yán)格把控，否則會(huì)適得其反。

　　復(fù)配型表面活性劑對(duì)二氧化鈦分散性效果較好。離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑在溶液中混合已形成膠團(tuán)，非離子表面活性劑分子插入膠團(tuán)后，使得原有的離子型表面活性劑的“離子頭”間的電性排斥力減弱，使得混合溶液中的CMC下降[10]。

　　2.5分散設(shè)備對(duì)納米TiO2分散性的影響

　　納米二氧化鈦具有半導(dǎo)體性質(zhì)，并且具有高穩(wěn)定性、高透明性、高活性等優(yōu)異的特性。在目前工業(yè)研究應(yīng)用中會(huì)大量使用到納米二氧化鈦，作為新興納米材料，提其分散性是非常有必要的。不同的分散設(shè)備，對(duì)其分散也會(huì)呈現(xiàn)出不同程度的效果。目前，常用的分散設(shè)備有：超聲振蕩分散儀、電動(dòng)攪拌儀、直立式攪拌磨[11]。

　　3納米TiO2在制漿造紙中的應(yīng)用

　　3.1功能紙制備中的應(yīng)用

　　日本早前開發(fā)出一種添加納米二氧化鈦的功能紙，該產(chǎn)品具有光催化功能，可用于包裝用紙和室內(nèi)裝潢用壁紙。該類功能紙可以有效吸收甲醛、苯、氨氣等有害氣體。河北麥森鈦白粉有限公司開發(fā)了高耐候、耐磨的裝飾原紙，對(duì)用于裝飾原紙的填料進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的填料產(chǎn)品兼具有機(jī)/無(wú)機(jī)三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既具有無(wú)機(jī)的剛性很耐磨性，大幅度提高了紙張的綜合性能。將納米二氧化鈦用在一般紙品上，例如衛(wèi)生紙，食品包裝紙等還具有殺菌的功效[12-13]。

　　3.2造紙濕部中的應(yīng)用

　　造紙濕部其化學(xué)實(shí)質(zhì)是一種表面與膠體化學(xué)。造紙濕部配料中許多組份結(jié)構(gòu)都非常小，因此引入特殊的納米級(jí)組分，可以在很大程度上提高其抄紙效果[14]。

　　納米二氧化鈦在造紙濕部中做助留助濾劑，具有良好的助留助濾劑效果。其次，由于其優(yōu)異的性能，還可以高效抑制DCS有害物質(zhì)對(duì)白水的污染破壞。

　　3.3廢紙脫墨中的應(yīng)用

　　造紙工業(yè)中二次纖維中油墨粒子對(duì)紙的影響非常大。脫墨的方法有浮選和洗滌兩種，工業(yè)上多用前者，因?yàn)槠鋵?duì)大粒子油墨的脫去更有效。由于納米二氧化鈦具有正電性和大比表面積，對(duì)二次纖維中油墨粒子具有高效的浮選作用。在浮選過(guò)程中加入納米二氧化鈦還可以一定程度去除廢紙漿中的膠黏物。

　　3.4造紙廢水處理中的應(yīng)用

　　制漿造紙廢水主要包括蒸煮廢液、洗漿廢水、抄紙廢水等。這些廢液中主要含大量木質(zhì)素以及各種酚類有機(jī)化合物。而光催化氧化可以處理造紙廢水，還可以降解木素和酚類物質(zhì)，完全消除毒性。同時(shí)對(duì)于造紙廢水中有毒且難被生物降解的有機(jī)物也有很好的降解作用。利用納米二氧化鈦處理造紙廢水，可以使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放量，極大程度減少對(duì)環(huán)境的污染。

　　展望

　　納米二氧化鈦是一種優(yōu)異的無(wú)機(jī)精細(xì)化工材料。影響納米二氧化鈦分散性的因素很多，諸如表面活性劑、pH值、電解質(zhì)等等，需要我們?nèi)プ鲞M(jìn)一步的探索，將納米二氧化鈦的利用率達(dá)到最佳。目前，我國(guó)大力倡導(dǎo)綠色可持續(xù)發(fā)展，納米二氧化鈦以其殺菌消毒、高效自潔、光催化能、廢水處理等功能在制漿造紙以及功能紙的應(yīng)用和發(fā)展中具有廣闊的前景。