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特殊形貌纳米二氧化钛和钛酸钙的制备表征与性能研究

2020-11-22阅读(995)

特殊形貌纳米二氧化钛和钛酸钙的制备表征与性能研究

论文摘要

近年来,空心纳米结构材料由于具有许多特异的性能而引起了广泛的关注。本文创新性的以超重力法制备的形貌和粒度可控的纳米CaC03为模板制备出具有不同形貌的空心结构的二氧化钛和钛酸钙材料。主要的研究内容和结果如下：本论文研究了以钛酸丁酯为前驱体,无水乙醇为溶剂,制备适合用于合成纳米空心钛基材料用溶胶的影响因素,得到了较佳的工艺参数。首次以超重力法制备的立方形和针状CaC03为无机物模板,在非水体系中通过控制钛酸丁酯的水解-缩聚速度,在碳酸钙颗粒表面包覆一层纳米级的水合二氧化钛,经稀酸溶解的方法去除CaC03模板,成功地制备出纳米Ti02空心球和Ti02纳米管。纳米Ti02空心球内径约60-100nm,壁厚10nm左右；TiO2纳米管内径粗端200～300nm,细端100～150nm,管长在2.5～4μm,管壁厚度在20～30nm；经光催化降解苯酚的实验结果表明,空心结构的二氧化钛具有较好的光催化效果,空心结构有利于光催化反应中的吸附及催化剂的回收再循环利用。利用超重力制备方法合成的碳酸钙粒径和形态可以调控的特点,首次以不同形貌的碳酸钙为形态控制模板,以表面活性剂为孔结构导向剂的双模板法,合成具有介孔结构的空心Ti02纳米球和纳米管。为制备不同形貌空心介孔材料提供了一种新的合成方法。通过氮气吸附等温线和BJH孔径分布曲线分析表明,二氧化钛空心球具有介孔结构,孔径集中在4.26nm左右,BET可达542.24m2/g,孔容0.72cm3/g;经450℃煅烧后,比表面积降至296.57m2/g,孔径分布变宽,孔径增大到5nm。以针状碳酸钙为模板制备的介孔TiO2纳米管,TiO2纳米管的孔分布集中在7.45nm,BET为328.01m2/g,孔容为0.847cm3/g；高分辨电镜照片可以看到管壁上排列的虫状孑L（Worm-like Hole）。另外研究了制备条件对二氧化钛纳米管的介孔结构的影响。经过研究认为双模板法制备空心介孔二氧化钛的形成过程可分为三步：首先一部分表面活性剂静电吸附到碳酸钙颗粒表面,吸附到表面的表面活性剂分子的疏水端又与溶液中的表面活性剂分子（So）的疏水端缔合,从而在颗粒表面发生聚集；当中性无机物种（I0）,与表面活性剂分子（So）接近时发生氢键相互作用,形成具有有机-无机复合的两亲分子,聚集形成表面胶束；在溶剂不断蒸发过程中,二氧化钛与表面活性剂胶束在碳酸钙表面形成表面胶束进行自组装,缩聚形成了二氧化钛孔壁。首次通过低温（≤600℃）煅烧的方法合成了具有空心球形和空心管状的钛酸钙。钛酸钙纳米空心球的内径为80-100nm,壁厚均匀；纳米管内径在150～250nm,长度在2-3μm；壁厚可由二氧化钛的包覆量在10nm-50nm调节。认为钛酸钙低温合成的形成原因是：水合二氧化钛是成膜包覆在碳酸钙颗粒表面；其次碳酸钙本身是纳米颗粒,具有很高的表面能；从而使得反应活化能低,在较低温度下就能发生反应。

论文目录

  • 学位论文数据集
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 纳米材料基本特性
  • 1.2 介孔材料
  • 1.2.1 介孔材料的发现
  • 1.2.2 介孔材料的合成方法
  • 1.2.3 介孔材料的合成机理
  • 2介孔材料'>1.3 TiO2介孔材料
  • 2的合成方法'>1.3.1 介孔TiO2的合成方法
  • 1.4 空心纳米材料
  • 1.4.1 空心材料的制备方法
  • 1.4.2 空心纳米材料的应用
  • 1.5 本研究的目的和意义
  • 参考文献
  • 第二章 二氧化钛的溶胶-凝胶法制备研究
  • 2.1 引言
  • 2的理论基础'>2.2 制备TiO2的理论基础
  • 2.3 实验过程
  • 2.4 各工艺因素对sol-gel法的影响
  • 2.4.1 不同加水方式的影响
  • 2.4.2 加水量的影响
  • 2.4.3 稳定剂和催化剂的影响
  • 2.4.4 pH值的影响
  • 2.4.5 乙醇用量的影响
  • 2.4.6 反应温度的影响
  • 2.5 小结
  • 参考文献
  • 2/CaCO3复合颗粒及空心二氧化钛的制备'>第三章 TiO2/CaCO3复合颗粒及空心二氧化钛的制备
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验用主要试剂
  • 3.2.2 实验装置示意图
  • 2/CaCO3复合颗粒的制备过程'>3.2.3 TiO2/CaCO3复合颗粒的制备过程
  • 3.2.4 空心二氧化钛的制备
  • 3.2.5 样品的物化性能表征
  • 3.2.6 光催化性能测试
  • 3.3 制备工艺对空心球的影响
  • 3.3.1 不同形貌的纳米碳酸钙模板的合成
  • 3.3.2 钛源的选择
  • 3.3.3 反应体系的选择
  • 3.3.4 加料次序的对比
  • 3.3.5 加水方式对空心球形貌的影响
  • 2纳米球的特性'>3.4 空心结构TiO2纳米球的特性
  • 2纳米球的形貌'>3.4.1 空心TiO2纳米球的形貌
  • 2吸附等温线和孔结构'>3.4.2 N2吸附等温线和孔结构
  • 3.4.3 XRD
  • 3.4.4 红外光谱
  • 3.4.5 光催化性能的测定
  • 3.5 结论
  • 参考文献
  • 第四章 模板法制备二氧化钛纳米管
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验用试剂
  • 4.2.2 二氧化钛纳米管的制备
  • 4.2.3 物化性能表征
  • 4.2.4 光催化性能测试
  • 4.3 实验结果与讨论
  • 2纳米管的形貌'>4.3.1 TiO2纳米管的形貌
  • 4.3.2 XRD测试分析
  • 4.3.3 复合粉体的热分析
  • 4.3.4 红外光谱
  • 4.3.5 紫外吸收光谱
  • 4.3.6 不同厚度的二氧化钛纳米管
  • 4.3.7 光催化性能的测试
  • 4.4 结论
  • 参考文献
  • 第五章 介孔二氧化钛空心球和纳米管的制备
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 主要实验试剂与原料
  • 5.2.2 制备过程
  • 5.2.3 样品的性能表征
  • 2空心球的制备'>5.3 介孔TiO2空心球的制备
  • 2空心球的形貌'>5.3.1 介孔TiO2空心球的形貌
  • 2空心球的N2吸附'>5.3.2 介孔TiO2空心球的N2吸附
  • 2空心球的热分析'>5.3.3 介孔TiO2空心球的热分析
  • 2纳米管的制备'>5.4 介孔结构TiO2纳米管的制备
  • 2纳米管的形貌'>5.4.1 介孔TiO2纳米管的形貌
  • 2纳米管的微观结构'>5.4.2 介孔TiO2纳米管的微观结构
  • 2纳米管的孔结构'>5.4.3 介孔TiO2纳米管的孔结构
  • 2纳米管的相结构'>5.4.4 介孔TiO2纳米管的相结构
  • 5.4.5 热分析结果
  • 5.4.6 FT-IR分析
  • 2纳米管介孔结构的影响因素'>5.4.7 TiO2纳米管介孔结构的影响因素
  • 5.5 介孔结构形成机理的分析
  • 5.6 结论
  • 参考文献
  • 第六章 空心钛酸钙的制备研究及性能表征
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验部分
  • 6.2.1 制备过程
  • 6.2.2 样品表征
  • 6.3 结果与讨论
  • 6.3.1 空心钛酸钙的形貌
  • 6.3.2 EDS能谱分析
  • 6.3.3 XRD晶相结构
  • 6.3.4 TG-DTA分析
  • 6.3.5 红外光谱
  • 6.4 钛酸钙低温合成的形成过程分析
  • 6.5 结论
  • 参考文献
  • 第七章 结论
  • 致谢
  • 研究成果及发表的学术论文
  • 作者简介
  • 博士研究生学位论文答辩委员会决议书

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