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1、一維氫鈦酸及鈦酸鹽納米材料在光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池、鋰電池電極、氣體傳感器、儲(chǔ)氫材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。研發(fā)一種設(shè)備要求低、反應(yīng)溫和、操作簡(jiǎn)單且能夠適應(yīng)多襯底材料的氫鈦酸納米材料通用制備方法具有十分重要的意義。本文成功地在覆蓋TiO2籽晶層的不銹鋼網(wǎng)表面負(fù)載氫鈦酸納米線薄膜,研究了不同工藝參數(shù)對(duì)其形貌的影響,初步探索了“一鍋”制備大面積(~960cm2)不銹鋼網(wǎng)負(fù)載氫鈦酸納米線薄膜的放大實(shí)驗(yàn)。測(cè)試了薄膜的光催化降解染料羅丹明B
2、性能,以及雙氧水、硫酸添加等對(duì)光催化效率的改善作用。采用熱水處理、熱處理等方法對(duì)制備的氫鈦酸納米線薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能調(diào)控。最后,測(cè)試了大片樣品光催化降解羅丹明B、磺基水楊酸、苯酚等有機(jī)物的循環(huán)性能,以及市政自來(lái)水溶液體系中有機(jī)物的降解特性。
論文獲得主要結(jié)論如下:
1.氫鈦酸納米線薄膜的制備:在Ti-H2O2溶液體系中,以海綿鈦為鈦源,溶液中添加三聚胺和硝酸,80℃低溫環(huán)境下在覆蓋溶膠-凝膠TiO2籽晶層的不銹鋼網(wǎng)表面
3、制備了均勻稠密的氫鈦酸納米線薄膜。系列工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間6~48h、雙氧水濃度20~30wt.%、硝酸量11.5M9.2mL/L、三聚氰胺量0.385~1.93g/L均可獲得稠密的氫鈦酸納米線薄膜,工藝穩(wěn)定性較好。放大實(shí)驗(yàn)顯示,通過(guò)兩次溶膠-凝膠浸漬提拉干燥熱處理制備TiO2籽晶層,可以在直徑35cm不銹鋼網(wǎng)基底上負(fù)載氫鈦酸納米線薄膜。
2.氫鈦酸納米線薄膜光催化性能測(cè)試及改善:2.5×2.5cm2不銹鋼網(wǎng)負(fù)
4、載的氫鈦酸納米線薄膜光催化降解50mL、初始濃度為0.005mM的羅丹明B溶液,2h降解率為82.1%,但循環(huán)穩(wěn)定性不理想。硫酸添加有利于光催化降解性能的提高,添加5×10-2M硫酸降解率提高18.9%。雙氧水的添加也有利于光催化降解性能的提高,添加20ppm雙氧水,降解率提高17.3%,過(guò)高濃度的雙氧水則不利于光催化降解性能提高。
3.氫鈦酸納米線薄膜的結(jié)構(gòu)和光催化性能調(diào)控:不銹鋼網(wǎng)負(fù)載氫鈦酸納米線薄膜經(jīng)80℃熱水處理48h
5、后,其光催化降解性能最優(yōu),此時(shí),氫鈦酸納米線分解轉(zhuǎn)化為納米顆粒堆積呈線狀的銳鈦礦TiO2;90℃熱水處理顯著加快氫鈦酸納米線轉(zhuǎn)化進(jìn)程。200℃爐熱處理1h后,氫鈦酸納米線形貌和結(jié)構(gòu)均未發(fā)生變化,但其光催化性能大幅下降;550℃爐熱處理1h氫鈦酸納米線完全分解轉(zhuǎn)化為細(xì)小晶粒堆積的線狀銳鈦礦TiO2。大片樣品550℃爐熱處理1h,添加20ppm雙氧水光催化降解初始濃度0.01mM羅丹明B溶液循環(huán)降解10次仍能保持100%降解率,光催化降解1
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