摘要 本實(shí)驗(yàn)以含鈦高爐爐渣為主要原料制備了具有光催化性能的陶瓷釉料。結(jié)果表明，爐渣加入量在33%左右，燒成溫度為1200℃時(shí)，陶瓷釉料具有較好的光澤度和較高的乳濁性，并具有一定的光催化效率。

關(guān)鍵詞 TiO₂，光催化性能，含鈦高爐渣，陶瓷釉料

1引 言

我國(guó)圍繞含鈦高爐爐渣綜合利用問題已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，也提出了很多含鈦高爐爐渣綜合利用的方法，但由于種種原因這些方法在工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用還十分有限，至今我國(guó)含鈦高爐爐渣鈦資源的利用率還不足3%[1]。本研究以承德鋼鐵公司高爐爐渣為研究對(duì)象，以含鈦高爐爐渣為主要原料制備了具有光催化性能的陶瓷釉料，使得含鈦高爐爐渣的綜合利用問題得到了解決。

2制備工藝

2.1 原料的化學(xué)組成

本實(shí)驗(yàn)所用原料的化學(xué)組成見表1。

2.2 釉料的制備

釉料配方中爐渣加入量為20%～55%，石英加入量為30%～50%，氧化鋅控制在2%～6%之間，另外加入2%～4%的蘇州土。在釉料中加入0.15%的CMC，粉磨、過篩，將加水后制得的釉漿干燥，取干燥好的坯體施釉。根據(jù)理論計(jì)算的釉的熔融溫度，將試樣分別在1150℃，1200℃，1250℃，1300℃下燒成保溫2h后自然冷卻到室溫。取出坯體，分別在紫外燈、高壓汞燈下對(duì)甲基橙進(jìn)行降解，并測(cè)定甲基橙的光催化降解效率。

3光催化性能測(cè)試

光催化降解甲基橙的過程為：稱取一定量甲基橙固體配制成0.76×10^-5mol/L的溶液，取其70ml至200ml于燒杯中，放入一塊試樣。開啟空氣鼓泡器向溶液中通入空氣。分別以300W紫外燈和125W熒光高壓汞燈為光源（光源距燒杯壁15cm），外加陽(yáng)極偏壓對(duì)甲基橙溶液進(jìn)行光電催化降解。經(jīng)15min照射后，用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定溶液降解前后的吸光度來(lái)計(jì)算其降解率。

4結(jié)果與討論

4.1 爐渣加入量和燒成溫度對(duì)釉面質(zhì)量和光催化效率的影響

由表2進(jìn)行橫向和縱向的比較可以看出，釉面質(zhì)量的變化不隨爐渣加入量的增加而增加。這是因?yàn)樗氲臓t渣鋁含量太高，導(dǎo)致釉的組成離開分相區(qū)域，不利于釉的分相和乳濁。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可見，爐渣加入量在30%左右時(shí)可獲得釉面質(zhì)量好、遮蓋力強(qiáng)的釉。而且通過對(duì)縱向溫度的比較發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)配方在不同溫度下光催化效率和釉面質(zhì)量也有很大差異。根據(jù)這組配方中釉的成熟溫度判斷，在1200℃下燒成時(shí)可獲得最佳狀態(tài)的釉。

從對(duì)表2的分析可見，釉的光催化性能并不是簡(jiǎn)單地隨爐渣加入量的增加而增大，它還隨燒成溫度等其它條件的變化而變化。爐渣含量的增加必然引起釉料中Al2O3含量的增加，致使釉的組成偏離最佳分相區(qū)域，不利于乳濁和分相的產(chǎn)生，光催化效率也不高。

4.2 添加物對(duì)釉面質(zhì)量和光催化效率的影響

為了測(cè)試添加物對(duì)制品性質(zhì)的影響，我們選取9、11號(hào)兩個(gè)配方，在其基礎(chǔ)上添加不同量的SnO2，以1200℃下燒得的制品為例進(jìn)行對(duì)比。

將不同數(shù)量的乳濁劑SnO₂等，分別加入到選定的配方里，由表3的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨SnO₂加入量的增大，釉的光催化效果明顯增大，這是因?yàn)镾nO₂半導(dǎo)體粒子同樣具有能帶結(jié)構(gòu)，在光照射下，能自行分解出自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子e-，同時(shí)留下帶正電的空穴h+。這種光生空穴有極強(qiáng)的氧化能力，能與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)?？梢?，SnO₂的加入有利于釉面的乳濁和光催化效率的提高。此外，SnO₂若與TiO₂制成復(fù)合光催化劑，其光催化活性會(huì)大大提高。

4.3 釉料組成對(duì)光催化效率的影響

實(shí)驗(yàn)在K₂O-CaO-Al₂O₃-SiO₂分相區(qū)內(nèi)[2]選取3個(gè)組成點(diǎn)A、B、C及分相區(qū)外一點(diǎn)D，四種配方的化學(xué)組成如表4所示。

將這四種試樣在1200℃高溫熔融，水淬后得到玻璃樣品。然后將樣品分別在紫外燈和高壓汞燈照射下對(duì)甲基橙溶液進(jìn)行降解，測(cè)得甲基橙的降解率如表5所示。甲基橙的降解率間接表明了玻璃分相的程度，A、B、C三種釉料的原始組成均在分相區(qū)內(nèi)，玻璃經(jīng)熱處理后發(fā)生了分相；而D釉料的原始組成不在混溶區(qū)內(nèi)，因此，玻璃在熱處理后沒發(fā)生分相。玻璃基本組成影響玻璃的分相及TiO₂的析晶。

5結(jié)論

含鈦爐渣本身具有一定的光催化效果，可以利用其組成接近普通釉料組成的特點(diǎn)來(lái)制備陶瓷釉料，尤其是利用它所含鈦的光催化效果和乳濁性能，制備具有光催化效果的乳濁釉。

要制得釉面質(zhì)量?jī)?yōu)良、光催化效率高的乳濁釉，盲目增大爐渣的加入量是不可行的。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)爐渣的加入量在30%左右、釉的燒成溫度在1200℃左右時(shí)，所得釉面質(zhì)量較好，光催化效率較高。

參考文獻(xiàn)

1 李晨希等.含鈦高爐渣綜合利用研究的進(jìn)展[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(4):1～4

2 陸佩文.無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996:270～277