一維納米TiO2-白云母復(fù)合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、納米TiO2因其無(wú)毒無(wú)害，良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的光催化活性等特點(diǎn)，作為一種新型環(huán)保的功能納米材料，在廢水處理，空氣凈化，殺菌消毒等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但納米TiO2在制備和使用過(guò)程中容易團(tuán)聚且難以回收和再利用，嚴(yán)重制約其光催化大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，將TiO2負(fù)載于合適的載體上，可以有效解決這一問(wèn)題。此外，純納米TiO2帶隙較寬，對(duì)太陽(yáng)光利用率很低，加之光生電子和空穴易于復(fù)合，光量子效率低，也是限制其應(yīng)用的另一原因。通過(guò)對(duì)TiO2進(jìn)行金屬或

2、非金屬離子及其共摻雜改性，可有效降低TiO2禁帶寬度，拓展其可見(jiàn)光響應(yīng)，從而提高對(duì)太陽(yáng)光的利用率。由于一維納米結(jié)構(gòu)較顆粒具有更大的比表面積和吸附能力，使TiO2與反應(yīng)物接觸面積增大，因此將負(fù)載型TiO2進(jìn)行一維生長(zhǎng)成納米線或納米管，可有效提高其光催化效率。
　　本文以白云母為載體，TiCl4為鈦源，尿素為緩釋劑，采用水解-沉淀法制備出白云母負(fù)載納米TiO2復(fù)合光催化劑，研究分析了焙燒溫度，光催化劑添加量，甲基橙初始濃度和重復(fù)使用對(duì)

3、光降解甲基橙效果的影響。又以尿素為氮源，采用尿素混合焙燒法制備出具有一定可見(jiàn)光響應(yīng)的白云母負(fù)載氮摻雜納米TiO2復(fù)合材料，研究了氮摻雜對(duì)樣品中TiO2晶相結(jié)構(gòu)，粒度和光催化性能的影響，初步分析了摻雜機(jī)理以及氮元素的摻雜狀態(tài)。再以KOH為礦化劑，PEG為表面活性劑，對(duì)負(fù)載樣品在高壓釜中進(jìn)行水熱處理，合成出具有一維結(jié)構(gòu)的納米TiO2/白云母復(fù)合材料，研究了礦化劑濃度以及水熱時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影響，并檢測(cè)其光催化性能。實(shí)驗(yàn)采用XRD，SEM，E

4、DS，DUV和XPS分析手段對(duì)制得樣品進(jìn)行表征，并分別以汞燈和金鹵燈為紫外光和可見(jiàn)光光源，甲基橙為模擬降解污染物檢測(cè)樣品的光催化性能。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)水解-沉淀法，TiO2納米顆粒在白云母表面形成一層均勻致密的包覆層，樣品中TiO2主要由銳鈦礦與金紅石相組成，隨焙燒溫度升高，銳鈦礦相逐漸向金紅石相轉(zhuǎn)變，同時(shí)晶粒不斷長(zhǎng)大。500℃焙燒2h的樣品光催化活性最優(yōu)，以2g/L加入20mg/L甲基橙中在300W汞燈光照1h后甲基橙的

5、降解率達(dá)到97%，相同條件下重復(fù)使用三次后對(duì)甲基橙的降解率仍有45.3%。非金屬N的摻雜在一定程度上抑制TiO2晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)減緩銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，摻雜氮在TiO2晶格中主要以填隙方式為主，氮原子進(jìn)入TiO2晶格間隙形成Ti-N-O鍵，降低了TiO2的帶隙，使摻雜樣品較未摻雜樣品的吸收邊由390nm紅移至430nm，表現(xiàn)出一定的可見(jiàn)光響應(yīng)。粉體尿素質(zhì)量比為1:3經(jīng)500℃焙燒的氮摻雜樣品在250W金鹵燈光照1h后對(duì)甲基橙的降解

6、率達(dá)到67.15%，相同條件下重復(fù)使用三次后對(duì)甲基橙的降解率下降但仍有24.6%。水熱過(guò)程中礦化劑濃度和水熱時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌有極大影響，礦化劑KOH濃度7mol/L，水熱時(shí)間3d，反應(yīng)溫度150℃為相對(duì)最佳的水熱條件。TiO2一維納米結(jié)構(gòu)在水熱過(guò)程中就已形成，TiO2顆粒高溫高壓下溶解于強(qiáng)堿剝離成多層納米片，在堿應(yīng)力驅(qū)使下蜷曲生長(zhǎng)成一維納米結(jié)構(gòu)。由于TiO2一維納米結(jié)構(gòu)較顆粒具有更大的比表面積和吸附能力，與甲基橙大分子接觸面積增加，光生電