SiC泡沫陶瓷表面負(fù)載共摻雜納米TiO2包覆層性能的研究.pdf

1、SiC泡沫陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、低熱導(dǎo)率及低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異的物理性能,并具有獨(dú)特的相互貫通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這些特點(diǎn)使其成為光催化劑載體的最佳候選材料之一。將Al-Si共摻雜改性的納米TiO2包覆層負(fù)載在SiC泡沫陶瓷表面,不僅能夠很好解決光催化劑的固定化問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)可循環(huán)利用;還能利用SiC泡沫陶瓷特殊的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高比表面積,從而提高TiO2的光催化降解效率。本文的研究?jī)?nèi)容主要分為三大部分:
　　第一部分中利用有機(jī)泡沫浸漬

2、法制備了高孔隙率、高抗壓強(qiáng)度的SiC泡沫陶瓷。研究了制備工藝過(guò)程中聚氨酯骨架預(yù)處理?xiàng)l件、磷酸二氫鋁用量、掛漿工藝、燒結(jié)溫度等因素對(duì)制品性能的影響,并制定了合理的燒成制度。同時(shí),研究了燒結(jié)助劑在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生的變化及所起的作用,并分析了所制備的SiC泡沫陶瓷機(jī)械性能提高的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)本工藝所制備的SiC泡沫陶瓷掛漿均勻、機(jī)械強(qiáng)度高并且三維孔洞之間相互貫通,其抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.08 MPa,孔隙率為75％。
　　在第二部分中

3、,研究了溶膠-凝膠法制備Al-Si共摻雜納米TiO2光催化劑溶膠過(guò)程中水浴溫度、pH值、冰醋酸用量等因素的影響,從而得到了最佳的制備條件。討論了Al-Si共摻雜對(duì)納米TiO2光催化劑晶型轉(zhuǎn)變溫度、晶粒尺寸、比表面積、顆粒大小、表面形貌以及光吸收性能的影響。另外,還利用紫外光下光催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)研究了Al-Si共摻雜對(duì)納米TiO2光催化劑光催化性能的影響,并分析了Al-Si共摻雜對(duì)各種性質(zhì)影響的機(jī)理。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)以及表征分析,得到以

4、下結(jié)論:(1) Al-Si共摻雜能夠顯著提高納米TiO2光催化劑由銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變的溫度到1200℃,同時(shí)減小晶粒尺寸增大比表面積;Al-Si共摻雜改性使TiO2的光吸收邊發(fā)生藍(lán)移,禁帶寬度增大;在紫外光下光催化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)摻雜的摩爾比例為Al3+/Ti4+=0.1且Si4+/Ti4+=0.1時(shí),光降解亞甲基藍(lán)效率最高。(2)Al-Si共摻雜能夠提高納米TiO2光催化劑晶型轉(zhuǎn)變溫度和減小顆粒尺寸的機(jī)理是因?yàn)锳l3+

5、與Si4+容易進(jìn)入TiO2晶格形成了固溶體,阻礙了相變的發(fā)生和晶粒的長(zhǎng)大。
　　在第三部分中,將改性TiO2光催化劑利用浸漿工藝制備成包覆層負(fù)載在SiC泡沫陶瓷表面,討論了最佳的浸漿包覆的次數(shù)。分析了包覆層的元素組成,并對(duì)比了負(fù)載對(duì)納米TiO2光催化劑光催化性能的影響,同時(shí)分析了相應(yīng)的原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用SiC泡沫陶瓷作為Al-Si共摻雜納米TiO2包覆層的負(fù)載基體,其獨(dú)特的相互貫通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極大的提高了TiO2的光催化降解