不同形貌氧化钛的水热制备及其光催化性能

论文摘要

近年来大量工业废水的排放给生态环境带来了极大的危害,如何治理污染已成为全世界关注的重点问题。在水污染控制尤其是在处理废水中难以降解的有机污染物方面,非均相半导体光催化技术具有独特的优越性。在众多的氧化物半导体材料中,纳米TiO2作为一种性能优良的光催化剂,因其具有在光照下的强氧化性、无毒和长期稳定性等优点成为治理环境污染的研究热点。目前的研究大多数是针对纳米级TiO2的改性来提高其光催化活性,但是纳米级粉体催化剂应用在液相体系中存在难以回收,增加废水处理成本等问题。针对这种情况,本研究着眼于控制TiO2颗粒的尺寸和形貌,将其控制在微米级,在保证光催化性能的同时也解决了催化剂回收循环利用的问题。研究内容主要包括以下几点:1.采用较稳定的金红石相TiO2为反应物,水热制备出大比表面积的钛酸,经过煅烧后得到混合晶型的介孔TiO2片晶。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附-脱附对制备的样品进行了表征。研究了反应温度、反应物浓度等参数对样品的形貌和结晶度等的影响,初步提出二氧化钛片晶的形成机理。实验结果表明合成的TiO2片晶光催化性能略优于德国德固赛P25。研究发现通过控制反应温度可以合成出一维氧化钛,而添加微量Co金属离子有助于低温合成一维氧化钛。2.以钛酸丁酯水解产物为前驱体,在不同介质（水及不同浓度NaOH）中水热制备了TiO2光催化剂,在碱浓度为10M的NaOH介质中水热反应的TiO2混和晶型粉末具有较好的光催化性能,对煅烧后样品进行光催化性能测试发现,以水为介质制备的样品光催化活性更高。3.以钛酸丁酯为前驱体,加入氢氟酸（HF）辅助水热法一步合成高催化活性的锐钛矿相TiO2大颗粒。结果表明:合成的锐钛矿相TiO2平均颗粒尺寸约为20～30μm,反应时间为30 min时对甲基橙的降解率可达到95%以上,显著优于Degussa P25,而且这种微米级的颗粒仅通过自然沉降即可固液分离,利于回收循环使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 钛基材料的介绍
• 1.2 钛基材料的制备方法
• 1.2.1 模板法
• 1.2.2 水热法（溶剂热法）
• 1.2.3 溶胶-凝胶法（sol-gel）
• 1.2.4 烧结法
• 1.3 水热法制备不同形貌低维钛基材料研究进展
• 1.3.1 有模板剂参与的形貌调控
• 1.3.2 无模板剂参与的形貌调控
• 1.4 介孔钛基材料的研究现状
• 1.4.1 介孔钛基材料的介绍
• 1.4.2 介孔钛基材料合成方法
• 1.4.3 目前合成介孔钛基材料存在的问题
• 1.5 各种形貌氧化钛材料的应用
• 1.5.1 催化方面的潜在应用
• 1.5.2 其他领域的应用
• 1.6 本文的选题依据及主要研究内容
• 第二章 介孔低维钛基材料的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品及仪器
• 2片晶和TiO₂ 纤维'>2.2.2 水热法制备TiO₂片晶和TiO₂纤维
• 2.2.3 样品的表征
• 2.2.4 样品光催化性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2 片晶的表征及性能测试'>2.3.1 水热法制备TiO₂片晶的表征及性能测试
• 2 纤维的表征及性能测试'>2.3.2 水热法制备TiO₂纤维的表征及性能测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 高催化活性二氧化钛大颗粒的制备表征及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品及仪器
• 2 样品制备'>3.2.2 高催化活性TiO₂样品制备
• 3.2.3 样品的表征
• 3.2.4 样品催化性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固液相混合合成二氧化钛的表征及光催化性能
• 3.3.2 液相法合成二氧化钛的表征及光催化性能
• 3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 大摘要