摻磷二氧化鈦光催化劑的制備與表征.pdf

1、納米TiO<,2>光催化劑在常溫、常壓下能夠?qū)⒁恍┒拘源?、生物難降解的有機(jī)污染物徹底氧化為H<,2>O、CO<,2>等小分子，而且由于光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價格低廉而被廣泛研究和應(yīng)用。但是，納米TiO<,2>溶膠在制備和負(fù)載過程中通常需要高溫煅燒，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在光響應(yīng)波長短等問題，這就極大地限制了其廣泛應(yīng)用。本論文主要針對以上兩個問題進(jìn)行了如下研究： 首先，以TiCl<,4>為原料，硝酸為反應(yīng)介質(zhì)，在低于100

2、℃條件下制得銳鈦礦型納米TiO<,2>溶膠和摻磷TiO<,2>溶膠，并考察了各種因素對TiO<,2>溶膠結(jié)構(gòu)和性能的影響，采用正交試驗(yàn)法確定了銳鈦礦型納米TiO<,2>溶膠的最佳制備條件，探討了銳鈦礦型TiO<,2>的形成機(jī)理。分別利用XRD、TEM、UV-vis和FT-IR對TiO<,2>溶膠進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)： TiO<,2>溶膠和摻磷TiO<,2>溶膠均呈銳鈦礦晶型，顆粒粒徑小于10 nm，后者的結(jié)晶度更高且分散更均勻；磷酸的

3、加入使得TiO<,2>的吸收帶邊發(fā)生了不同程度的藍(lán)移，摻磷TiO<,2>在紫外光區(qū)的吸光度明顯升高。 第二，對上述溶膠進(jìn)行穩(wěn)定性能表征，發(fā)現(xiàn)：TiO<,2>溶膠和摻磷TiO<,2>溶膠顯酸性，加水稀釋任意倍數(shù)不會出現(xiàn)沉淀，在酸性介質(zhì)中可以長時間存在不會出現(xiàn)沉淀，但是遇堿馬上發(fā)生沉淀。分別用TiO<,2>溶膠、摻磷TiO<,2>溶膠和玻璃彈簧負(fù)載TiO<,2>薄膜、摻磷TiO<,2>薄膜對染料溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)進(jìn)行光催化性能表

4、征，發(fā)現(xiàn)：摻磷TiO<,2>溶膠和薄膜分別比TiO<,2>溶膠和薄膜具有更高的光催化性能，且鍍4層膜較其他層數(shù)膜光催化性更強(qiáng)；隨著鍍膜溫度的升高，TiO<,2>薄膜和摻磷TiO<,2>薄膜，光催化能力都有所降低，但是薄膜在玻璃彈簧上的附著力卻隨顯著提高了，有利于長時間的反復(fù)使用。 第三，以TiCl<,4>為原料，過氧化氫為反應(yīng)介質(zhì)，在低于100℃條件下制得銳鈦礦型納米TiO<,2>溶膠和摻磷TiO<,2>溶膠，并考察了各種因素對

5、TiO<,2>溶膠結(jié)構(gòu)和性能的影響，探討了銳鈦礦型TiO<,2>的形成機(jī)理。通過對TiO<,2>溶膠進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)：TiO<,2>溶膠和摻磷TiO<,2>溶膠均呈銳鈦礦晶型，顆粒呈梭形，分散性較好，后者的結(jié)晶度更高；兩者在可見光區(qū)均有較大的光吸收，最大吸收波長為550nm，磷的加入使得TiO<,2>的禁帶寬度變大。 第四，對溶膠進(jìn)行穩(wěn)定性能表征，發(fā)現(xiàn)：TiO<,2>溶膠顯中性，摻磷TiO<,2>溶膠顯弱酸性，加水稀釋任意

6、倍數(shù)不會出現(xiàn)沉淀，并可長時間保存，但是在酸性和堿性介質(zhì)中會立即出現(xiàn)沉淀。通過對染料溶液和難降解的苯酚溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)對兩類TiO<,2>溶膠和薄膜進(jìn)行了光催化性能表征，發(fā)現(xiàn)：TiO<,2>溶膠和薄膜具有很高的光催化性能，相比之下，摻磷TiO<,2>溶膠和薄膜光催化性能更高，且鍍3層膜光催化能力最強(qiáng)。通過對玻璃彈簧負(fù)載TiO<,2>薄膜進(jìn)行粘結(jié)性能表征，發(fā)現(xiàn)：隨著鍍膜溫度的升高，TiO<,2>薄膜和摻磷TiO<,2>薄膜，光催化能力