納米結(jié)構(gòu)TiO-,2--SiO-,2-復(fù)合材料的制備、改性及光催化性能的研究.pdf

1、納米TiO<,2>具有許多獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、陶瓷、化纖、化妝品、催化劑、抗菌劑、污水處理等行業(yè)。納米TiO<,2>作為光催化劑所具有的廣譜、安全節(jié)能等獨特的性質(zhì)使其成為光催化領(lǐng)域應(yīng)用前景最廣闊的材料之一。 納米TiO<,2>光催化體系主要有粉木懸浮體系和負(fù)載型光催化體系，懸浮性光催化體系由于存在易團(tuán)聚和難回收等缺點給實際應(yīng)用帶來了一定的困難，而制備納米結(jié)構(gòu)TiO<,2>／SiO<,2>復(fù)合材料的納米粉術(shù)固

2、定技術(shù)有望成為解決這一問題的有效途徑；同時以紫外線作為激發(fā)光源的光催化反應(yīng)限制了納米TiO<,2>在實際中的應(yīng)用，所以有必要對納米TiO<,2>進(jìn)行改性，以進(jìn)一步提高其光催化活性以及擴(kuò)展其對光的吸收范圍。本論文應(yīng)用溶膠-凝膠與自組裝相結(jié)合的方法、用較廉價的TiCl<,4>作為原料、以SiO<,2>為載體進(jìn)行了納米結(jié)構(gòu)TiO<,2>/SiO<,2>復(fù)合粒子的可控晶型制備；在此基礎(chǔ)上對樣品進(jìn)行了金屬離子摻雜改性及PEG2000摻雜改性研究，

3、并且以自然光為激發(fā)光源進(jìn)行可見光催化實驗，對樣品的光催化性能進(jìn)行了探討。 主要內(nèi)容有： 1．采用溶膠．凝膠與自組裝技術(shù)相結(jié)合的方法、以TiCl<,4>為原料、SiO<,2>為載體進(jìn)行了納米結(jié)構(gòu)TiO<,2>/SiO<,2>復(fù)合材料可控晶型的制備。討論了煅燒溫度、水解組裝條件、水解溫度、陰離子的添加種類及添加量等對復(fù)合材料的晶型結(jié)構(gòu)的影響以及組裝次數(shù)對樣品表面形貌和樣品中TiO<,2>含量的影響； 2．以負(fù)載型納米

4、結(jié)構(gòu)TiO<,2>/SiO<,2>復(fù)合材料為催化劑，在紫外光照射下對低濃度的苯酚溶液、在自然光照射下對低濃度甲基橙溶液進(jìn)行光催化實驗。實驗結(jié)果表明：晶型結(jié)構(gòu)與光催化性能之間不是線性關(guān)系，銳鈦礦含量為95％時光催化性能最好；不同的組裝次數(shù)對樣品光催化性能影響很大，二次組裝的樣品具有較高的光催化性能； 3.對納米結(jié)構(gòu)TiO<,2>/SiO<,2>復(fù)合材料進(jìn)行金屬離子摻雜改性，在自然光照射下對甲基橙溶液進(jìn)行光催化實驗。發(fā)現(xiàn)適當(dāng)添加金屬

5、離子能提高光催化劑的活性，縮短反應(yīng)時間，在可見光照射下較短時間內(nèi)能達(dá)到較高的降解率；摻雜金屬離子改性的TiO<,2>/SiO<,2>復(fù)合材料的催化活性與金屬離子的種類、摻雜量、組裝次數(shù)以及煅燒溫度有關(guān)，摻鐵催化劑的最佳濃度為0.02％，摻鋅催化劑的最佳濃度為0.1％；過渡金屬離子摻雜作用的變化規(guī)律與離子帶電電荷數(shù)和半徑的比值的變化規(guī)律大致相同；單層組裝樣品、300℃煅燒后的樣品光催化性能較好。 4．對納米結(jié)構(gòu)TiO<,2>/Si

6、O<,2>復(fù)合材料進(jìn)行PEG2000摻雜改性，討論其對樣品表面形貌以及光催化性能的影響。添加PEG2000煅燒后復(fù)合材料表面呈現(xiàn)蜂窩狀形貌；隨著PEG2000添加量和組裝次數(shù)的增多，樣品表面蜂窩狀形貌也隨之明顯；而且添加PEG2000后在某些區(qū)域還形成針狀形貌，具體原因還有待進(jìn)一步研究；PEG2000改性樣品光催化性能明顯提高；組裝次數(shù)對改性樣品光催化性能也有一定影響，從綜合水平來看，以H<,2>SO<,4>控制品型，添加相同量的PEG