二氧化鈦光催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、消除污染，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。處理有機(jī)污染物和殺滅致病微生物是環(huán)境治理的熱點(diǎn)問題，TiO2光催化反應(yīng)因其具有簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能穩(wěn)定、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，己經(jīng)引起了研究者的廣泛關(guān)注。為了提高TiO2光催化劑的催化性能，許多研究者已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)移到納米TiO2光催化劑的制備和提高TiO2的光催化活性及其負(fù)載技術(shù)上來(lái)。本文采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2，并研究溶膠-凝膠反應(yīng)過(guò)程、TiO2的改性方法和負(fù)載方法。采

2、用微弧氧化技術(shù)制備鈦基二氧化鈦(TiO2/Ti)膜，考察了TiO2的光催化活性，探索了TiO2光催化實(shí)際應(yīng)用的途徑。 采用鈦酸丁酯與無(wú)水乙醇、H2O、HNO3水解制備TiO2溶膠。增加無(wú)水乙醇用量使溶膠-凝膠的反應(yīng)速率減慢，增加水量使水解速率提高。水量較小時(shí)，水解是零級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，30℃時(shí)隨著用水量的增加，反應(yīng)的級(jí)數(shù)也發(fā)生變化。溫度升高使反應(yīng)速率迅速提高。而HNO3過(guò)多或少都不利于溶膠凝膠的形成。 采用溶膠凝膠法制備了純

3、的和摻雜金屬離子的銳鈦礦型納米TiO2光催化劑。金屬離子摻雜TiO2改變了二氧化鈦的晶格結(jié)構(gòu)，提高了TiO2的光催化效率。摻雜金屬種類和數(shù)量對(duì)TiO2的光催化降解效率有影響，摻雜1％Zn2+的TiO2對(duì)大紅染料在150min光催化降解效率由75％提高到98％。同族過(guò)渡金屬離子混合摻雜也具有較好的光催化效果。摻雜1％銪的TiO2對(duì)溴甲酚紫在90min的光催化降解效率達(dá)到98％，比純TiO278％的降解率提高了20％。幾種稀土混合摻雜亦可以

4、提高納米TiO2光催化效果。 采用溶膠-凝膠法制備玻璃和不銹鋼網(wǎng)負(fù)載型TiO2薄膜。實(shí)驗(yàn)表明，PEG的加入量，載體提拉速度、煅燒溫度、煅燒時(shí)間、負(fù)載次數(shù)、紫外燈高度等條件均對(duì)負(fù)載TiO2薄膜的光催化效果產(chǎn)生影響。不銹鋼網(wǎng)負(fù)載型TiO2薄膜與玻璃負(fù)載TiO2薄膜的制備條件略有不同。 玻璃負(fù)載TiO2薄膜在1h光催化殺菌率最高可達(dá)68％。Fe3+，Cu2+，Ag+離子摻雜的TiO2膜都可以提高光催化殺菌的效率。摻雜Fe3+的

5、TiO2膜殺菌效果達(dá)到92％，比未摻雜的薄膜高24％。不銹鋼網(wǎng)負(fù)載TiO2薄膜在pH值為2、H2O2(3％)的加入量0.6ml時(shí)，對(duì)大紅顏料的降解率可以達(dá)到88％。重復(fù)使用5次后的降解效果沒有明顯降低。在1h的光催化殺菌率可達(dá)69％。用Fe3+Cu2+、Ag+和稀土金屬離子修飾可以提高不銹鋼網(wǎng)負(fù)載TiO2薄膜的光催化效果，摻雜Fe3+的TiO2薄膜在1h光催化殺菌率可達(dá)90％。太陽(yáng)光為光源時(shí)，薄膜對(duì)池塘水也具有很好的光催化殺菌效果。

6、 以磷酸鈉為電解液，采用微弧氧化技術(shù)(MAO)在鈦片(網(wǎng))上直接制備TiO2膜(TiO2/Ti)。利用XRD、SEM和EDX對(duì)微弧氧化膜晶型、表面形貌和成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明：微弧氧化TiO2膜主要由銳鈦礦TiO2組成，TiO2膜的光催化性能與電壓和電解時(shí)間有關(guān)。由于微弧氧化膜中銳鈦礦TiO2含量相對(duì)較少，TiO2陶瓷膜表面鈉離子沉積產(chǎn)生光生電子-空穴的復(fù)合中心，TiO2膜的光催化性能較差。隨著電解時(shí)間延長(zhǎng)或電解電壓的增大，銳鈦礦T

7、iO2的含量增多、粒徑增大。對(duì)微弧氧化TiO2/Ti膜熱處理可以使膜中的非晶相TiO2向銳鈦礦型轉(zhuǎn)化。后對(duì)微弧氧化TiO2/Ti膜表面處理可以提高其光催化性能。在TiO2膜的表面光還原沉積銀可以使電子在其表面富集，抑制了電子與空穴的復(fù)合而提高TiO2/Ti膜的光催化活性。稀土涂覆鈦基膜后的微弧氧化膜可以使稀土離子摻雜進(jìn)入TiO2膜，使TiO2膜晶格畸變，TiO2晶粒變小，提高微弧氧化TiO2膜的光催化活性。醋酸或硝酸鑭后處理微弧氧化Ti