工業(yè)鈦液水熱合成摻雜多孔二氧化鈦及其機理研究.pdf

1、多孔二氧化鈦由于具有大的比表面積、有序的孔道結(jié)構(gòu)和易于回收等特點，使其具有優(yōu)越的物理和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于污水處理、空氣凈化、太陽能電池、抗菌等領(lǐng)域。本研究以硫酸法鈦白生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品工業(yè)鈦液(TiOSO4)作為鈦源，水熱制備高比表面積的多孔二氧化鈦，同時實現(xiàn)鈦液中自帶的雜質(zhì)元素(Fe、S等)的原位摻雜，考察了水熱時間、水熱溫度、鈦液濃度、煅燒溫度、煅燒時間、水熱晶化時間等因素對產(chǎn)物摻雜多孔二氧化鈦結(jié)構(gòu)和性能的影響，探討了多孔二氧化鈦

2、的形成過程及機理，評價了其催化應(yīng)用及催化劑使用壽命，所制樣品采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS、N2低溫吸附脫附、粒度測試等分析測試技術(shù)進行表征，并以亞甲基藍水溶液降解體系評價其光催化性能。通過研究得到如下結(jié)論：
　　 摻雜多孔TiO2制備過程中各影響因素對最終TiO2光催化活性有著至關(guān)重要的影響：
　　 (1)隨著水熱時間的延長，TiO2的光催化活性先增后降，其中水熱3h所得樣品催化活性最佳；
　　

3、 (2)較低的水熱溫度有利于形成粒度較細(xì)且均勻的樣品顆粒，從而有利于提高樣品的光催化活性；
　　 (3)適當(dāng)提高鈦液濃度(215g/L以下)有利于促進產(chǎn)物多孔二氧化鈦的光催化活性；
　　 (4)實驗條件下鈦液F值、加料時間、底水量對樣品的光催化活性影響較??；
　　 (5)較低的煅燒溫度(450℃以上)以及較長的煅燒時間(1h以下)有利于維持樣品比表面積和結(jié)晶度之間的平衡，從而使樣品具有較高的催化活性。
　　

4、 工業(yè)偏鈦酸的水熱晶化處理有利于促進樣品的光催化活性。隨著晶化時間的延長，多孔TiO2的光催化活性先增加后降低，其中以晶化處理2h所得多孔TiO2催化活性最佳，其降解率與未作晶化處理樣品相比提高了8.01％。
　　 水熱制備過程中所有偏鈦酸沉淀均具有多孔結(jié)構(gòu)，平均孔徑約4nm，比表面積高達214m2/g?？椎赖男纬蓺w因于偏鈦酸顆粒相互堆積形成孔道和偏鈦酸顆粒形成過程中所包裹的水分子經(jīng)干燥后蒸發(fā)出去而留下孔道兩個因素。多孔TiO

5、2中Fe離子的摻雜是由Fe離子取代Ti離子形成Ti-O-Fe和偏鈦酸沉淀吸附游離Fe離子造成；S元素?fù)诫s來源于SO42-，SO42-通過鍵合TiO2和吸附作用進入偏鈦酸中，形成固體超強酸。
　　 以最佳單因素條件制備出摻雜多孔TiO2，其光催化應(yīng)用及使用壽命研究結(jié)果表明：
　　 (1)所制摻雜多孔TiO2在光催化降解亞甲基藍時表現(xiàn)出與P25相當(dāng)?shù)幕钚裕诠庹盏那?0min活性高于P25；
　　 (2)該樣品在45