納米二氧化鈦的可控制備及其復(fù)合光催化劑與光催化性能.pdf

1、二氧化鈦光催化氧化技術(shù)是一種高級(jí)氧化技術(shù)，該技術(shù)在室溫下幾乎可以無(wú)選擇性的氧化水環(huán)境和大氣環(huán)境中的有機(jī)污染物，而且有望直接利用太陽(yáng)能，在新能源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，吸引了分別來(lái)自物理、化學(xué)和材料等領(lǐng)域的學(xué)者們的廣泛興趣。在圍繞太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存，探索光催化過(guò)程的原理，致力于提高光催化效率，并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域做了大量的研究。 盡管二氧化鈦光催化氧化技術(shù)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，然而現(xiàn)在大多數(shù)研究都處在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)

2、用比較少。主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的光催化劑效率不高、對(duì)可見(jiàn)光利用率低是阻礙其實(shí)用化的主要因素，其次就是高效光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，再有光催化劑的固載化或回收都是實(shí)用化要解決的問(wèn)題。圍繞高活性納米尺度的二氧化鈦粉體、晶須和纖維的制備以及在此基礎(chǔ)上各種高性能的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的光催化劑的研發(fā)是當(dāng)前的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外納米二氧化鈦的生產(chǎn)工藝主要可以分為氣相法和液相法，氣相法屬于高溫反應(yīng)，有腐蝕性，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)和維修要求高，技術(shù)難度大，其關(guān)鍵技術(shù)為國(guó)外少數(shù)大公司

3、壟斷。液相法主要包括溶膠凝膠法、水熱法、微乳液法、均勻沉淀法等，但都不同程度的存在原料昂貴，操作條件復(fù)雜，工藝流程長(zhǎng)等缺點(diǎn)。而液相法特別是以無(wú)機(jī)鈦鹽為原料的反應(yīng)沉淀法是最具有工業(yè)化前景的方法。同時(shí)為了促使二氧化鈦的光生電子空穴對(duì)的分離，拓展其在可見(jiàn)光區(qū)的光譜響應(yīng)范圍，達(dá)到充分利用太陽(yáng)光的目的，一些研究者通過(guò)貴金屬?gòu)?fù)合，過(guò)渡離子和無(wú)機(jī)陰離子摻雜，與其他半導(dǎo)體復(fù)合以及表面光敏化等一系列的方法進(jìn)行了研究,本文針對(duì)以上現(xiàn)狀，主要做了以下幾個(gè)方面

4、的工作。 本文在課題組已有的研究工作基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)比較分析硫酸鈦和四氯化鈦的不同水解機(jī)理，結(jié)合低溫控制中和水解法制備納米二氧化鈦研究中關(guān)于在沉淀過(guò)程中對(duì)前驅(qū)體組成的控制機(jī)理，開(kāi)辟了一條以四氯化鈦為原料氨水為水解沉淀劑控制中和水解合成納米二氧化鈦的工藝路線。分別考察了pH值,溫度和濃度對(duì)反應(yīng)過(guò)程和產(chǎn)品的綜合影響,結(jié)果表明最佳工藝反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為常溫, pH值為2.2-4.2之間,濃度為0.8mol/l。該條件下可以

5、得到前驅(qū)體為具有銳鈦晶型的H2TiO3使粒子在焙燒中晶粒生長(zhǎng)緩慢,可以得到粒徑為20納米左右的納米二氧化鈦，收率在97％以上，通過(guò)600-800℃熱處理得到的銳鈦礦納米二氧化鈦具有最佳光催化活性。 二氧化鈦在光激發(fā)下的光生電子空穴對(duì)可以參與氧化還原反應(yīng)，本文利用光催化的這一機(jī)理采用直接光催化還原的新方法制備了納米復(fù)合光催化劑Ag@TiO2結(jié)果表明，少量的銀以納米顆粒分散沉積在二氧化鈦的表面可以顯著提高納米二氧化鈦的光活性,有無(wú)空

6、穴捕獲劑對(duì)制備出的Ag@TiO2活性影響不大, 最佳Ag/Ti摩爾分?jǐn)?shù)為0.2％，此時(shí)的光催化表觀一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)K1為納米TiO2的3倍；減小二氧化鈦的粒徑有利于提高Ag@TiO2復(fù)合光催化劑的活性，體系pH值在中性，反應(yīng)時(shí)間為60min條件下制備的Ag@TiO2復(fù)合光催化劑活性最佳。其次我們發(fā)現(xiàn)在自然光下載銀得到Ag@TiO2復(fù)合光催化劑與UV光為光源得到的樣品相比具有更好的光催化活性。日光輻照下,Ag@TiO2光催化劑的性能明顯好于

7、納米TiO2, 少量H2O2的加入能大幅度提高Ag@TiO2光催化劑日光降解MO的效率,并表現(xiàn)出協(xié)同效用；體系降解MO的最佳pH值為2-3, H2O2投量為0.36ml，最佳Ag@TiO2光催化劑濃度為1g/l,；復(fù)合光催化劑回收使用性能沒(méi)有下降，具有很好的重復(fù)使用性能，通過(guò)與膚色氧化鋅對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，制備的復(fù)合光催化劑活性要遠(yuǎn)高于膚色氧化鋅。 本文提出了以四氯化鈦為原料控制中和水解制備納米二氧化鈦的新工藝，該工藝可以在常溫下實(shí)現(xiàn)