鈦氧納米管的修飾、表征及性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益受到重視。水污染是目前亟待解決的一大難題。對(duì)污水的處理方法很多，其中利用納米Ti02光催化分解有機(jī)污染物、吸附重金屬離子，是一種很有發(fā)展前途的新型水處理技術(shù)。Ti02是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，因其具有濕敏、氣敏、光電轉(zhuǎn)換、介電效應(yīng)及優(yōu)越的光催化等性能，使其在傳感器、介電材料、光電材料、自潔材料和催化劑及載體等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與普通Ti02納米粉體相比，由Ti02轉(zhuǎn)化而來(lái)的鈦氧納米管具有特殊的管

2、狀結(jié)構(gòu)，高的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，更適合做催化劑或催化劑載體。但是，由于Ti02光催化劑帶隙較寬，只能被波長(zhǎng)較短的紫外線激發(fā)，故使得太陽(yáng)能的利用率很低；而且，由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子．空穴對(duì)易復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率很低。此外，水熱法制備的Ti02納米管穩(wěn)定性較差，稍高的焙燒溫度或強(qiáng)紫外光照射就會(huì)破壞其管狀結(jié)構(gòu)。為改善其結(jié)構(gòu)性能，本文以水熱法制備的納米管為模板，將其浸漬到溶膠中合成高穩(wěn)定性的Ti02納米管。同時(shí)對(duì)納米管進(jìn)行修飾，提高其催化性

3、能、重金屬離子吸附性能。本論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下方面：
　　 一、以銳鈦礦型Ti02粉體為原料，通過(guò)水熱處理制備Ti02納米管(Ti02-NTsA)。首次以水熱法制備的Ti02納米管為模板，將其浸漬到含鈦溶膠中合成高穩(wěn)定性的Ti02納米管(Ti02-NTsB)。采用透射電子顯微鏡(TEM)，X射線衍射(XRD)，熱分析實(shí)驗(yàn)(TG-DTA)和拉曼光譜(Raman)等對(duì)樣品進(jìn)行了表征。樣品的光催化活性通過(guò)光催化降解甲基橙來(lái)評(píng)價(jià)。

4、詳細(xì)討論了焙燒溫度對(duì)合成的高穩(wěn)定性Ti02納米管(Ti02-NTsB)的光催化活性的影響。光催化性能研究表明：400℃為Ti02-NTsB的最佳焙燒條件。400℃焙燒后，Ti02-NTsB仍保持其完整的管狀結(jié)構(gòu)且光催化活性最高。
　　 二、首次以H2PtC16作為鉑前驅(qū)體，以合成的高穩(wěn)定性的Ti02納米管(Ti02-NTsB)作為載體，通過(guò)光還原法制備鉑修飾的Ti02納米管(Pt/Ti02-NTsB)，采用透射電子顯微鏡(TEM

5、)，X射線衍射(XRD)，紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)，氮?dú)馕降葘?duì)樣品進(jìn)行了表征。并對(duì)Pt/Ti02-NTsB的光催化活性和催化加氫活性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，詳細(xì)討論了載體、鉑負(fù)載量等因素對(duì)光催化活性和催化加氫活性的影響。結(jié)果表明，光還原過(guò)程中Ti02-NTsB能保持其完整的管狀結(jié)構(gòu)，與Pt/Ti02-NTsA相比，Pt/Ti02-NTsB的催化活性更好。
　　 三、首次以水熱法制備的Ti02納米管(Ti02-NTsA)為模板，

6、將其浸漬到氫氧化鐵溶膠中，通過(guò)焙燒得到鐵包覆的Ti02納米管(Fe/Ti02-NTsA)。采用透射電子顯微鏡(TEM)，X射線衍射(XRD)，紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)和原子吸收光譜(AAS)等對(duì)樣品進(jìn)行了表征。產(chǎn)物的光催化活性通過(guò)光催化降解甲基橙來(lái)評(píng)價(jià)。并詳細(xì)討論了焙燒溫度、氫氧化鐵溶膠濃度及溶液的pH值對(duì)Fe/Ti02-NTsA納米管熱穩(wěn)定性和光催化活性的影響。結(jié)果表明：采用本方法制備的Fe/Ti02-NTsA同時(shí)具有較高的熱

7、穩(wěn)定性和光催化性能。在400℃焙燒的情況下，F(xiàn)e/Ti02-NTsA擁有完整的納米管結(jié)構(gòu)和高的光催化活性。此外，溶液的pH值對(duì)Fe/Ti02-NTsA的光催化活性也有影響。當(dāng)溶液的pH為2.4時(shí)，F(xiàn)e/Ti02-NTsA的光催化活性最高，且重復(fù)率好。
　　 四、首次在水熱法制備鈦酸鹽納米管的基礎(chǔ)上，通過(guò)形成黃原酸基反應(yīng)合成了CS2修飾的鈦氧納米管。采用粉末X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紅外(FT-IR)和拉曼光譜(R

8、aman)等對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。并以水溶液中鉛離子、銅離子和銀離子作為目標(biāo)重金屬離子，分別用純鈦酸鹽納米管和C52修飾后的鈦氧納米管對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)和吸附，通過(guò)一系列對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了不同形式納米管去除重金屬的能力。結(jié)果表明，與普通粉體相比，納米管去除重金屬的能力增強(qiáng)。特別是鈦酸鹽納米管經(jīng)C52修飾后，去除重金屬的能力明顯增強(qiáng)。CS2修飾前，納米管去除重金屬pb2+，Ag+和Cu2+的能力分別是599.37，163.22和474.73 mg/

9、g。CS2修飾后，納米管去除重金屬pb2+，Ag+和CU2+的能力分別是663.37，160.21和423.05 mg/g。
　　 五、在通過(guò)形成黃原酸基化學(xué)反應(yīng)制備二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管來(lái)去除污水中的重金屬離子的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管(CS2/Ti02-NT)的光催化活性。此外，pb2+通過(guò)離子交換負(fù)載到二硫化碳修飾納米管上，得到pb2+負(fù)載的二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管(Pb/CS2/Ti02-NT)。采用透

10、射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)、原子吸收光譜(AAS)、紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)和氮?dú)馕降葘?duì)樣品進(jìn)行了表征。對(duì)合成的樣品的光催化性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，光催化活性通過(guò)光催化降解甲基橙來(lái)評(píng)價(jià)。討論了焙燒溫度、焙燒氣氛及物理吸附在納米管表面的pb2+對(duì)光催化活性的影響。結(jié)果表明，CS2/Ti02-NT和Pb/CS2/Ti02-NT光催化性能的最佳條件為氮?dú)鈿夥障?00℃焙燒。此外，物理吸附的pb