本书是矿物与TiO2颗粒复合及功能化研究的专著。本书阐述了矿物与TiO2微纳米尺度颗粒复合及功能化的基础理论、研究方法和工程背景，系统介绍了作者在这一领域的科研工作成果，包括利用化学沉积、液相机械力研磨和颗粒疏水聚团方法制备微米-亚微米尺度矿物-TiO2复合颗粒及其颜料功能化技术、通过矿物表面负载纳米TiO2和蒙脱石层间柱撑TiO2途径制备微米-纳米尺度复合颗粒技术及光催化性能表征、矿物-TiO2复合颗粒表面有机改性、在液相介质中的分散调控和在工业制品中的填充应用等。

颗粒复合是指固体微小颗粒之间在相界面区域的有序结合。通过颗粒复合，可获得具有单颗粒组合效应或协同功能的复合粒子，这既可有效避免因超细单颗粒聚团而制约其功能和应用特性发挥的现象，又能通过协同效应，使原有功能提升，或被赋予新的物理或物理化学新功能。作为影响材料性能的多尺度结构设计中承上启下的重要环节，颗粒复合，特别是不同物质颗粒之间微纳米尺度上的复合往往成为从颗粒外观、物理或物理化学层面上设计和调控粉体性质的重要途径，是粉体材料功能化的重要方法，也是构建微纳米尺度新功能材料的有效手段。

二氧化钛（TiO2）是具有优异光学（高折射率、可见光散射、紫外吸收）和光化学（光催化反应）性能的粉体材料。其中，颗粒尺度在亚微米级（约0.3μm）的颜料二氧化钛（钛白粉）是当今最优良的白色颜料和国民经济中十分重要的精细化工原料，在涂料、塑料和造纸等众多轻、化工领域应用广泛，不可或缺。但钛白粉生产和应用中存在的资源、环境、需求和成本价格等制约问题也越来越突出。研发能取代钛白粉或降低TiO2实际用量的新功能颜料无疑是解决这些问题的有效途径。将颜料TiO2与白色非金属矿物实现微纳米颗粒复合，特别是制成矿物表面包覆TiO2为特征的复合颗粒，因TiO2分散性提高及矿物材料的协同效应而使TiO2颜料性能得以更有效发挥，从而实现矿物对TiO2的替代以降低TiO2的实际用量。矿物与TiO2颗粒间复合有序性和二者结合的稳定性是影响矿物TiO2复合颗粒颜料性能的主要因素，它取决于矿物与TiO2颗粒在微米和亚微米尺度上的复合结构设计、复合方法设计及其实现。

纳米二氧化钛（<100nm）是近十多年发展起来的重要功能粉体，其中锐钛矿型纳米TiO2因优良的光催化效应在水处理和环境净化领域展示出良好应用前景。但纳米TiO2颗粒微小，实际应用过程难以回收，既造成浪费，又形成新的污染；颗粒间的强烈团聚还导致其光催化功能大大降低。将纳米TiO2与具有内部孔道或空隙结构的矿物进行纳米颗粒复合，可提高TiO2分散性和光催化功能，并因复合颗粒尺度的增大而提高可回收性。同时，矿物的孔道或空隙结构还为纳米TiO2性能的发挥提供协同、辅助作用。矿物与TiO2在纳米尺度实现颗粒复合既取决于对二者复合结构、方法和工艺的预先设计，也取决于对矿物基体从结构和功能角度的选择及其加工控制。

笔者多年来一直从事非金属矿加工技术，特别是粉体和颗粒技术相结合的研究与开发。近10多年来，笔者及科研团队在原有粉体湿法超细粉碎、表面改性和矿物材料结构改造等技术研究基础上，重点开展了矿物与TiO2微纳米颗粒复合及功能化研究，包括以提高TiO2颜料功能、降低实际用量为目标，以构筑亚微米TiO2在矿物表面包覆和二者有序凝聚镶嵌结构为手段的矿物TiO2微米/亚微米颗粒复合，以及以提高纳米TiO2光催化功能和可回收性为目标的矿物TiO2纳米颗粒复合。在利用化学沉积法、液相机械力化学法和颗粒疏水聚团方法制备包覆结构复合颗粒及调控复合粉体性能，在实现纳米TiO2在矿物表面或结构内部负载和通过矿物自身结构改造对负载的影响控制以及矿物TiO2复合颗粒实际应用等方面取得了一系列成果，其中的部分成果还实现了产业化，并取得显著经济与社会效益。这些成果、经验及形成的研究与发展方向为今后的研究和应用向纵深发展奠定了基础。本书就是在上述科学研究和技术开发工作基础上撰写而成的，它是笔者及科研团队、合作者在矿物TiO2微纳米颗粒复合与功能化研究成果的系统性总结。希望本书的出版能够对我国颗粒学、粉体技术、矿物加工和无机新功能材料的研究与技术开发提供借鉴与帮助。

本书由丁浩、林海、邓雁希、陈代梅、王丽娟、敖卫华和周红撰写。特别感谢合作者林海教授和王丽娟博士，他们为本书贡献了自己优秀的研究成果（王丽娟的工作在廖立兵教授指导下完成）。感谢博士后侯喜锋、研究生杜亚利、冉君、叶灿、查炎鹏、曹虎、李燚、王柏昆、于守仁、王萌萌、郑允星、王旭明、崔程琳、沈凯、杨倩茹、王健和孙思佳等对研究工作所做的贡献！

本书共分11章，具体内容和人员分工如下：第1章，绪论（丁浩）；第2章，矿物TiO2颗粒复合与功能化设计（丁浩）；第3章，矿物表面化学沉积包覆TiO2复合颗粒制备及表征（丁浩3.1，3.2，3.4~3.6；林海3.3）；第4章，矿物液相机械力研磨过程表面包覆TiO2复合颗粒技术（丁浩）；第5章，碳酸钙与TiO2颗粒的有序凝聚复合（丁浩）；第6章，碳酸钙与TiO2颗粒疏水聚团复合与表征（丁浩）；第7章，矿物负载纳米TiO2复合颗粒制备与性能表征（邓雁希，丁浩7.1；邓雁希7.2；陈代梅7.3，7.4）；第8章，蒙脱石层间柱撑TiO2复合颗粒制备与表征（陈代梅8.1；丁浩8.2；王丽娟8.3；陈代梅8.4；陈代梅，王丽娟，丁浩8.5）；第9章，碳酸钙TiO2复合粉体的表面有机改性（丁浩9.1，9.2，9.4；周红9.3）；第10章，矿物TiO2复合颗粒在液相中的分散调控及应用（丁浩）；第11章，矿物TiO2复合粉体的应用特性（丁浩11.1~11.4；敖卫华，丁浩11.5）。全书由丁浩进行统稿和审订。

在本书即将出版之际，笔者衷心感谢国家自然科学基金项目（编号50674088、51144011、51474194和59704006）、国家科技支撑计划项目（编号2008BAE60B06）、北京市自然科学基金项目（2022017）和北京市科技计划课题（Z080003032208015）对本书涉及的研究工作的资助，感谢合作企业和测试单位的协作与服务，感谢国家科学技术学术著作出版基金对本书出版的支持，感谢中国循环经济学会的鼓励与支持，感谢恩师卢寿慈教授为本书作序。笔者所在的中国地质大学（北京）暨材料学院各位领导与同事多年来给予我们团队各种支持与配合，谨在此一并表示衷心的感谢。

由于笔者能力和水平有限，加之撰写过程有些仓促，所以错误和不当之处在所难免，敬请各位读者批评指正。

第1章绪论

1.1TiO2性质与粉体材料

1.1.1TiO2的晶体结构与性质

1.1.2钛白粉钛白粉的制造和应用

1.1.3钛白粉钛白粉代用品的现状与发展

1.1.4纳米TiO2

1.2颗粒复合颗粒复合与复合粉体复合粉体功能化功能化

1.2.1颗粒复合颗粒复合及其目标

1.2.2复合粉体复合粉体材料的性能特点

1.3白色非金属矿物白色非金属矿物

1.3.1种类与应用特性

1.3.2加工技术与发展

1.3.3与TiO2颗粒颗粒进行复合的特点

1.4TiO2及与矿物颗粒复合颗粒复合研究的发展

参考文献

第2章矿物TiO2颗粒复合与功能化设计

2.1矿物TiO2颗粒复合颗粒复合的设计原则

2.1.1颗粒复合颗粒复合方式与特点

2.1.2矿物TiO2复合颗粒复合颗粒的分类

2.1.3颗粒复合颗粒复合与功能化设计功能化设计原则

2.2矿物TiO2颗粒复合颗粒复合方法

2.2.1TiO2在矿物颗粒颗粒表面包覆表面包覆复合

2.2.2矿物TiO2颗粒颗粒有序凝聚有序凝聚复合

2.2.3纳米TiO2在矿物表面负载负载复合

2.2.4层状硅酸盐矿物层间TiO2柱撑柱撑复合

2.3矿物TiO2复合颗粒复合颗粒的物理性能

2.3.1粒度粒度和粒度分布粒度分布

2.3.2颗粒颗粒形状与形貌

2.3.3颗粒颗粒比表面积比表面积

2.4矿物TiO2复合颗粒复合颗粒的表面和界面性能

2.4.1表面能和表面活性

2.4.2界面吸附界面吸附特性

2.4.3颗粒颗粒聚团和分散

2.5矿物TiO2复合粉体复合粉体的功能性质

2.5.1颜料性能颜料性能

2.5.2光催化光催化性能

参考文献

第3章矿物表面化学沉积包覆TiO2复合颗粒制备及表征

3.1概述

3.2化学沉积包覆化学沉积包覆法

3.2.1原则工艺流程

3.2.2原材料和试剂

3.2.3试验设备

3.2.4评价与表征方法

3.3煅烧高岭土TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与机理

3.3.1TiOSO4的水解行为

3.3.2TiOSO4水解物在煅烧高岭土表面的包覆包覆

3.3.3煅烧高岭土表面TiO2·nH2O的晶型转化晶型转化

3.3.4煅烧高岭土TiO2复合颗粒复合颗粒结构与颜料性能颜料性能

3.3.5TiOSO4水解包覆水解包覆煅烧高岭土的机理

3.4绢云母TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与表征

3.4.1绢云母基体水解包覆物的制备 

3.4.2水解包覆物中TiO2·nH2O的晶型转化晶型转化

3.4.3绢云母TiO2复合粉体复合粉体的颜料性能颜料性能

3.4.4绢云母TiO2复合颗粒复合颗粒的结构与组分

3.4.5绢云母TiO2复合颗粒复合颗粒制备过程机理

3.5重晶石TiO2复合颗粒复合颗粒制备技术

3.5.1TiOSO4水解包覆水解包覆重晶石条件的影响

3.5.2重晶石表面TiO2·nH2O的晶型转化晶型转化

3.5.3重晶石TiO2复合粉体复合粉体的颜料性能颜料性能

3.5.4重晶石TiO2复合颗粒复合颗粒制备过程机理

3.6TiOSO4水解产物在矿物基体表面的形核机制

参考文献

第4章矿物液相机械力研磨过程表面包覆TiO2复合颗粒技术

4.1概述

4.2液相机械力研磨包覆液相机械力研磨包覆法

4.2.1原理和原则工艺

4.2.2原材料和试剂

4.2.3试验装置

4.2.4试验效果与产物性能评价

4.2.5机理研究

4.3碳酸钙TiO2复合颗粒复合颗粒的制备及性能

4.3.1碳酸钙基体的制备与表征

4.3.2复合颗粒复合颗粒实验室制备试验

4.3.3复合颗粒复合颗粒工业性制备试验

4.3.4复合粉体复合粉体性能与颗粒颗粒微观结构微观结构 

4.3.5碳酸钙与TiO2颗粒颗粒间的复合机理

4.4煅烧高岭土TiO2复合颗粒复合颗粒制备及表征

4.4.1非机械力因素机械力因素的影响

4.4.2机械力各因素的影响

4.4.3复合颗粒复合颗粒性能与微观结构微观结构

4.4.4煅烧高岭土与TiO2颗粒颗粒间复合机理

4.5重晶石TiO2复合颗粒复合颗粒的制备

4.5.1与锐钛矿型TiO2的复合

4.5.2与金红石型TiO2的复合

4.5.3复合粉体复合粉体性能与颗粒颗粒微观结构微观结构

4.5.4重晶石与TiO2颗粒颗粒间的作用性质

4.6绢云母TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与性能

4.6.1湿法研磨湿法研磨剥离制备绢云母基体及其性能

4.6.2绢云母与金红石型TiO2的复合 

4.6.3绢云母与锐钛矿型TiO2的复合 

4.6.4复合颗粒复合颗粒结构与颜料性能颜料性能 

4.6.5绢云母和TiO2颗粒颗粒间的作用机制

4.7水镁石TiO2复合颗粒复合颗粒的制备

4.7.1湿法研磨湿法研磨制备水镁石基体试验 

4.7.2水镁石湿法研磨湿法研磨过程的机械力化学效应机械力化学效应

4.7.3水镁石TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与性能 

4.7.4水镁石与TiO2颗粒颗粒间的复合作用机理

4.8硅灰石TiO2复合颗粒复合颗粒的制备

4.8.1机械力各因素的影响 

4.8.2复合体系pH值的影响 

4.8.3TiO2复合比例的影响

4.8.4复合颗粒复合颗粒微观结构微观结构与性能

4.8.5硅灰石与TiO2颗粒间作用颗粒间作用机理

4.9电气石TiO2复合颗粒复合颗粒的制备及性能

4.9.1复合过程中各因素影响的正交试验

4.9.2电气石TiO2复合粉体复合粉体的性能

4.9.3电气石TiO2复合颗粒复合颗粒结构与作用性质

4.10矿物基体的影响行为

4.10.1对复合粉体复合粉体颜料性能颜料性能的影响

4.10.2对颗粒颗粒间复合作用性质的影响

4.10.3矿物基体的协同效应协同效应

4.10.4矿物基体的选用依据

参考文献

第5章碳酸钙与TiO2颗粒的有序凝聚复合

5.1概述

5.2试验研究方法

5.2.1原材料和试剂

5.2.2试验装置和流程

5.2.3产物性能评价

5.3碳酸钙增量剂增量剂的制备

5.4碳酸钙与TiO2颗粒颗粒有序凝聚有序凝聚复合及表征

5.4.1碳酸钙与TiO2颜料复合物性能

5.4.2碳酸钙与TiO2复合物的微观形态

5.4.3碳酸钙与TiO2颗粒颗粒有序凝聚有序凝聚机理

参考文献

第6章碳酸钙与TiO2颗粒疏水聚团复合与表征

6.1概述

6.1.1颗粒颗粒疏水聚团疏水聚团及其机制

6.1.2同质颗粒同质颗粒疏水聚团疏水聚团及其应用

6.1.3异质颗粒异质颗粒疏水聚团疏水聚团及发展

6.2颗粒颗粒疏水聚团疏水聚团包覆法

6.2.1工艺流程和关键技术

6.2.2原材料和试剂

6.2.3设备和装置

6.2.4测试与表征方法

6.3碳酸钙与TiO2颗粒颗粒表面诱导疏水性诱导疏水性调控

6.3.1碳酸钙颗粒颗粒表面诱导疏水性诱导疏水性调控

6.3.2TiO2颗粒颗粒表面诱导疏水性诱导疏水性调控

6.3.3颗粒颗粒表面诱导疏水性诱导疏水性的稳定性

6.4疏水聚团疏水聚团制备碳酸钙表面包覆表面包覆TiO2颗粒颗粒及其表征

6.4.1疏水聚团疏水聚团复合工艺因素的影响

6.4.2复合粉体复合粉体性能

6.4.3复合颗粒复合颗粒形貌与组分

6.5碳酸钙和TiO2颗粒颗粒疏水聚团疏水聚团复合机理

6.5.1碳酸钙与TiO2颗粒间作用颗粒间作用性质

6.5.2水介质中颗粒颗粒间相互作用能

6.5.3碳酸钙与TiO2颗粒颗粒间的作用识别与驱动结合

6.5.4碳酸钙与TiO2颗粒颗粒疏水聚团疏水聚团复合模型 

参考文献第7章矿物负载纳米TiO2复合颗粒制备与性能表征

7.1矿物负载负载纳米TiO2复合颗粒复合颗粒研究进展

7.1.1概述

7.1.2纳米TiO2在载体上的负载负载技术

7.1.3矿物负载负载纳米TiO2复合颗粒复合颗粒的研究现状

7.2硅藻土负载负载纳米TiO2复合颗粒复合颗粒制备及表征

7.2.1试验研究方法

7.2.2湿法研磨湿法研磨制备硅藻土载体及表征

7.2.3纳米TiO2在水介质中的分散调控

7.2.4硅藻土负载负载纳米TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与表征

7.2.5硅藻土负载负载纳米TiO2复合颗粒复合颗粒的光催化光催化性能

7.3海泡石负载负载N掺杂纳米TiO2复合颗粒复合颗粒制备与性能

7.3.1试验研究方法

7.3.2复合颗粒复合颗粒的结构分析

7.3.3复合颗粒复合颗粒的光催化光催化性能

7.4凹凸棒石负载负载纳米TiO2CdS复合颗粒复合颗粒制备与性能

7.4.1试验研究方法

7.4.2复合颗粒复合颗粒的表征

7.4.3复合颗粒复合颗粒的光催化光催化性能

参考文献

第8章蒙脱石层间柱撑TiO2复合颗粒制备与表征

8.1概述

8.1.1柱撑柱撑蒙脱石制备原理和作用

8.1.2TiO2柱撑柱撑蒙脱石的制备 

8.1.3TiO2柱撑柱撑蒙脱石在环境治理方面的应用 

8.1.4TiO2柱撑柱撑蒙脱石的研究展望 

8.2试验研究方法

8.2.1蒙脱石TiO2复合颗粒复合颗粒制备

8.2.2原材料和试剂

8.2.3结构与性能表征

8.3蒙脱石层间柱撑柱撑TiO2复合颗粒复合颗粒的制备与表征

8.3.1钛柱化剂柱化剂制备条件的影响

8.3.2钛柱撑钛柱撑蒙脱石前驱体前驱体制备因素的影响

8.3.3钛柱撑钛柱撑蒙脱石前驱体前驱体焙烧条件的影响

8.3.4蒙脱石层间柱撑柱撑TiO2复合颗粒复合颗粒表征

8.4改性蒙脱石层间柱撑柱撑TiO2复合颗粒复合颗粒的表征

8.4.1POPD2000为蒙脱石改性剂改性剂的TiO2M/PILM

的表征

8.4.2CTMAB为蒙脱石改性剂改性剂的TiO2M/PILM

的表征

8.5蒙脱石层间柱撑柱撑TiO2复合颗粒复合颗粒的光催化光催化性能

8.5.1蒙脱石TiO2复合颗粒复合颗粒的性能 

8.5.2POPD2000改性蒙脱石TiO2复合颗粒复合颗粒的性能 

8.5.3CTMAB改性蒙脱石TiO2复合颗粒复合颗粒的性能

参考文献

第9章碳酸钙TiO2复合粉体的表面有机改性

9.1概述

9.2复合粉体复合粉体湿式机械力化学法表面改性表面改性

9.2.1试验研究方法

9.2.2改性条件的影响与优化

9.2.3改性过程机理

9.3复合粉体复合粉体干法加温混合改性

9.3.1改性剂改性剂用量试验

9.3.2改性温度试验

9.4改性产物表征

9.4.1颜料性能颜料性能测试

9.4.2润湿接触角接触角和表面自由能表面自由能

9.4.3在介质中的分散特性

参考文献

第10章矿物TiO2复合颗粒在液相中的分散调控及应用

10.1概述

10.2试验研究方法

10.2.1试验研究方法

10.2.2原材料和试剂

10.2.3分散效果测试与评价

10.3电气石TiO2复合颗粒复合颗粒的分散调控及应用

10.3.1在水介质中的分散调控

10.3.2在有机极性介质有机极性介质中的分散调控

10.3.3在有机非极性介质有机非极性介质中的分散调控

10.3.4在三聚氰胺树脂中的分散及其应用

10.4碳酸钙TiO2复合颗粒复合颗粒的分散调控

10.4.1在水介质中的分散调控

10.4.2在有机极性介质有机极性介质中的分散调控

10.4.3在有机非极性介质有机非极性介质中的分散调控

参考文献

第11章矿物TiO2复合粉体的应用特性

11.1概述

11.2矿物TiO2复合粉体复合粉体在涂料中的应用研究

11.2.1碳酸钙TiO2复合粉体复合粉体的应用

11.2.2绢云母TiO2复合粉体复合粉体的应用

11.2.3SiO2TiO2复合粉体复合粉体对涂料性能的影响

11.3碳酸钙TiO2复合粉体复合粉体在聚氯乙烯塑料中的应用

11.3.1填充PVC扣板的性能

11.3.2填充PVC管材的性能 

11.4矿物TiO2复合粉体复合粉体在造纸中的应用

11.4.1概述

11.4.2原材料性能 

11.4.3填充装饰纸的性能

11.4.4填充字典纸的性能

11.5矿物TiO2复合粉体复合粉体在陶瓷釉中的应用

11.5.1概述

11.5.2乳浊剂乳浊剂的乳浊机理及其分类

11.5.3钛乳浊剂乳浊剂的现状及前景

11.5.4矿物TiO2复合粉体复合粉体在陶瓷釉中的应用效果

11.5.5复合钛乳浊釉高温乳浊机理  

11.5.6矿物与TiO2颗粒复合颗粒复合对乳浊效应的影响机制 

参考文献

本书为矿物与二氧化钛颗粒复合及功能化研究的专著，获得了国家科学技术学术著作出版基金资助。