M(Ca,Zn)TiO3的水熱—固相合成改性及光催化性能研究.pdf

1、鈣鈦礦型光催化劑(ABO3)由于其獨特的結構，當其他的金屬離子部分取代A位或B位時，在保持晶體鈣鈦礦結構不變的情況下，可以形成離子缺陷或著導致B離子價態(tài)的改變，從而具有光催化性能，在光催化領域成為國內外研究的熱點。目前鈣鈦礦型光催化劑的制備方法主要為傳統(tǒng)固相法、溶膠凝膠法和水熱法，但這些方法都無法同時滿足低成本、低能耗的工業(yè)要求，因此開發(fā)新穎的制備鈣鈦礦型材料的技術具有重大的意義。
　　 本文以廉價的TiO2作為原材料，從降低固

2、相反應的焙燒溫度為出發(fā)點，結合水熱法和固相法制備CaTiO3和ZnTiO3，并且對光催化效果好的CaTiO3進行A位摻雜研究。所制備的材料及其光催化性能使用熱分析(DSC-TG)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和紫外可見分光光度計等手段進行了表征和檢測。主要研究內容和結論如下:
　　 (1)對水熱-固相法制備CaTiO3的合成工藝進行了研究，主要探討了焙燒溫度和焙燒時間對材料的物相的影響。研究結果表

3、明，在500℃的條件下焙燒2h即可得到鈣鈦礦結構的CaTiO3，高純度的CaTiO3的最佳制備工藝條件:焙燒溫度700℃，焙燒時間10h。SEM和TEM對材料的形貌表征結果顯示，CaTiO3呈顆粒狀，分散性良好，粒徑大約為100 nm。本實驗還研究了CaTiO3的形成機理和光催化性能，形成機理研究表明，TiO2在水熱條件下生成了化學組成為H2Ti3O7·3H2O的納米管，H2Ti3O7·3H2O納米管與鈣離子發(fā)生離子交換反應后在高溫下轉

4、化成所制備的CaTiO3。另外，CaTiO3對甲基橙溶液具有良好的降解效果:以500W氙燈為光源，0.3 g/L CaTiO3光催化降解15 mg/L甲基橙溶液，20 min降解率達到95.5％，說明CaTiO3光催化降解甲基橙并且符合一級動力學方程模型，速率常數(shù)k=0.1091。
　　 (2)通過水熱-固相法制備ZnTiO3進行了研究，探討了此方法制備ZnTiO3的最佳合成工藝，并對所合成材料的形貌和光催化性能進行了研究。研究

5、結果表明，水熱-固相法制備ZnTiO3的最佳工藝條件為:在800℃的溫度下焙燒10h，并且溫度對ZnTiO3的成分變化影響很大。ZnTiO3的形貌分析結果顯示顆粒粒徑大小不一，粒徑大約分布在100～500 nm之間。ZnTiO3對甲基橙的具有良好的降解效果，當投加量為0.3 g/L時，光催化降解15mg/L甲基橙溶液20 min，降解率達到92.7％;0.3 g/L的ZnTiO3降解15 mg/L的甲基橙溶液的速率常數(shù)k=0.1020。

6、
　　 (3)在CaTiO3和ZnTiO3的合成和光催化性能研究基礎上，選擇光催化性能更為優(yōu)越的CaTiO3進行了摻雜研究。采用水熱-固相法對CaTiO3的A位分別進行了La和Ag的摻雜，結果表明，Ag、La均摻進了Ca的位置。光催化降解甲基橙溶液的實驗結果表明，摻雜La降低了CaTiO3的光催化活性，摻雜Ag提高了CaTiO3的光催化活性，當Ag的摻雜量為x=0.015時，Ca1-xAgxTiO3具有最佳光催化活性，速率常數(shù)k