核-殼結(jié)構(gòu)的TiO2基復(fù)合光催化材料的制備及表征.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)因其化學(xué)穩(wěn)定性好，光催化活性高，對(duì)人體無毒害、成本低、應(yīng)用范圍廣而受到廣泛關(guān)注。但TiO2可見光利用率低、吸附能力弱、大顆粒TiO2對(duì)光的利用率不高，懸浮性差等缺點(diǎn)也限制了其實(shí)際應(yīng)用。本論文通過仿生沉積的方法制備了磷灰石(HAp)包覆金紅石TiO2(R-TiO2)核/殼納米復(fù)合粉體，用蒸汽相水解鈦酸丁酯的方法合成了銳鈦礦TiO2(A-TiO2)包覆聚苯乙烯(PS)核/殼納米復(fù)合微球。論文對(duì)上述材料的制備條件進(jìn)行了

2、較詳細(xì)的研究，并考察了其光催化性能。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 (1)以四氯化鈦(TiCl4)為原料，采用熱水解方法制備了粒徑7nm、比表面積142.8m2/g的R-TiO2粉體；將R-TiO2在模擬體液中分散后，于37℃恒溫箱中進(jìn)行包覆。模擬體液中的R-TiO2顆粒表面帶負(fù)電，Ca2+和PO43-通過電荷之間的靜電作用，吸附在了R-TiO2球形顆粒表面。隨著包覆時(shí)間的延長(zhǎng)，HAp逐漸沉積到R-TiO2球形顆粒表面。XRD結(jié)

3、果顯示HAp衍射峰的強(qiáng)度隨著模擬體液濃度的增加和在模擬體液中包覆時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)，表明復(fù)合粉體中HAp的含量在不斷增多；FTIR在波數(shù)為1050cm-1、960cm-1和3750cm-1處的特征吸收峰歸屬于HAp的PO43-和O-H; EDX結(jié)果表明了復(fù)合粉體中有Ca和P存在，且Ca/P均小于1.67，說明為缺鈣型磷灰石；SEM和TEM測(cè)試表明所得材料為核殼結(jié)構(gòu)，HAp以片狀形式分布在了R-TiO2的表面，整個(gè)復(fù)合微球的粒徑可控制在

4、200～1000nm之間。高pH(7.25～7.65)的模擬體液，溶解的有效離子(Ca2+和PO43-)少，HAp包覆時(shí)間久、沉積量少，得到小片狀的HAp;通過降低模擬體液的pH(5.5～6.5)，溶解的有效離子(Ca2+和PO43-)增多，HAp包覆時(shí)間縮短、沉積量增多，得到大片狀的HAp；復(fù)合粉體中HAp的含量還可以通過調(diào)節(jié)R-TiO2與模擬體液之間的比例來進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后，選擇苯酚的光降解作為光氧化模型反應(yīng)，對(duì)復(fù)合粉體的光催化活性進(jìn)

5、行研究。UV-Vis結(jié)果顯示，復(fù)合粉體的性能較金紅石TiO2并未提高，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，苯酚出現(xiàn)了中間產(chǎn)物苯醌和苯二酚等，礦化難以繼續(xù)，而且隨著磷灰石包覆量的增多，得到的中間產(chǎn)物越多，其光降解效果越差。
　　 (2)利用Goodwin方法，即用陽離子引發(fā)劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA),通過苯乙烯(St)的無皂乳液聚合制備了表面帶有正電荷，粒徑為400nm的單分散聚苯乙烯(PS)微球；將脫水后的PS微球分散到鈦酸丁酯(TBO

6、T)的無水乙醇溶液里，然后轉(zhuǎn)移至底部含水的蒸汽相水解裝置中，升高到不同溫度使TBOT緩慢水解，得到了A-TiO2包覆PS的納米復(fù)合微球；在未經(jīng)煅燒條件下，即得到TiO2包覆PS核/殼微球(其中TiO2為結(jié)晶銳鈦礦相)，經(jīng)煅燒后得到了A-TiO2中空微球。用苯酚作為光氧化模型反應(yīng)，對(duì)其光催化活性進(jìn)行了研究。XRD結(jié)果表明殼層TiO2的晶粒尺寸隨著反應(yīng)溫度的升高而增大，反應(yīng)溫度高于150℃時(shí)TiO2的結(jié)晶性良好；SEM和TEM測(cè)試表明所得材

7、料為核殼結(jié)構(gòu)，殼層中A-TiO2粒徑約為6nm，較均勻地包覆在PS微球表面。TG和TEM結(jié)果說明可通過調(diào)節(jié)反應(yīng)中TBOT的量來控制殼層TiO2的厚度。UV-Vis結(jié)果顯示在未經(jīng)煅燒條件下，所得到的雜化微球即具有一定的催化能力，經(jīng)過煅燒之后得到了中空TiO2微球，光降解效率在光照60min時(shí)相較P25提高了8％，光照90分鐘后與P25相同。論文首次采用蒸汽相水解方法在PS表面包覆了A-TiO2，在未經(jīng)煅燒條件下，即得到了完美結(jié)晶的殼層Ti