用于液相光催化体系的高比表面积氧化钛晶须的研制

论文题目: 用于液相光催化体系的高比表面积氧化钛晶须的研制

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 何明

导师: 陆小华,冯新

关键词: 产品工程,光催化,钛酸钾,氧化钛晶须,介孔,制备

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 以二氧化钛(TiO2)为代表的纳米半导体光催化技术,在分解水产氢和环境治理方面显示了突出的应用价值。包括纳米催化剂的制备、大气环境的净化、杀菌消毒等产业化应用方面也取得了实质性的进展。虽然目前的TiO2 纳米粉体、薄膜或多孔TiO2已经能满足TiO2光催化材料的高性能要求,并在实验室大量使用,但是由于分离或成本的问题,光催化技术真正大规模应用于实际难降解有机污染物体系还存在许多问题。从钛酸钾晶须出发获得的TiO2 晶须由于具有一定的光催化活性和微米级形貌,使得催化剂分离较为容易,显示了良好的应用前景。然而,TiO2晶须较低的比表面积直接影响了其光催化性能,从而限制了在实际体系上的应用。以产品需求为导向开发满足最终使用性能的化学品是化学工程研究发展的一个重要趋势。本文根据产品工程的理念,以产品的需求-设计-合成-制造为主线,围绕组成-结构-性能的关系,设计并制造了具有介孔结构的TiO2 晶须光催化材料,具有较高的光催化活性。并成功将此工艺放大生产,通过了公斤级多批量的生产运行,并应用于基于此催化剂的日处理50 吨废水的光催化反应集成装置。上述理论和技术的成功应用,实现了具有自主知识产权的先进技术的产业化,充分体现了材料工程和化学工程的结合。本文首先对钛酸钾晶须制备过程中的原料混合状态进行了研究,为低温固相制备钛酸钾晶须奠定了理论基础;然后以钛酸钾晶须为前驱体,分别从离子交换、水热合成、室温固相微结构转变等角度探索了不同TiO2 的合成方法,得到了一些新颖而有价值的成果。具体的研究内容可归纳如下: 通过对混合体系的热分析和XRD、TEM 表征,研究了固相合成钛酸钾晶须过程中,起始原料的混合状态对固相反应的影响,证明了无定形水合氧化钛(TiO2·nH2O) 代替锐钛型TiO2 作为反应物具有更高的反应活性。混合过程中K2CO3 颗粒与TiO2·nH2O 的羟基结合,致使两相紧密接触,形成纳米混合相,也使TiO2?nH2O 的脱羟基速率变慢,抑制了TiO2晶粒生长,因而降低了钛酸钾晶须的反应生成温度。以目标产物的固相Ti/K 摩尔比R 为控制目标,建立了K2Ti4O9离子交换过程

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 氧化钛的基本介绍

1.2 氧化钛作为催化材料的应用

1.3 氧化钛在光催化领域的研究

1.3.1 概述

1.3.2 氧化钛的光催化原理及一般特性

1.3.3 氧化钛形态结构与光催化活性关系

1.4 纳米结构氧化钛的制备

1.4.1 纳米氧化钛粉体的制备

1.4.2 氧化钛薄膜的制备

1.4.3 多孔氧化钛的制备

1.4.4 氧化钛纳米管的制备

1.4.5 氧化钛晶须的研究进展

1.5 氧化钛液相光催化产业化的重要问题

1.6 以产品工程理念指导用于液相光催化体系的氧化钛的研究

1.6.1 化学产品工程概念的提出

1.6.2 化学产品工程的研究方法

1.6.3 用于液相光催化体系的氧化钛的设计、合成与应用

1.7 本文的研究思路以及研究内容

参考文献

第二章 低温固相合成钛酸钾晶须过程中纳米混合相的研究

2.1 概述

2.2 实验与表征方法

2.3 结果与分析

2.3.1 TiO_2·nH_2O 的物理化学性质

2.3.2 TiO_2·nH_2O 和K_2CO_3 混合相的研究

2.3.3 TiO_2·nH_2O 及TiO_2·nH_2O-K_2CO_3 混合物的动力学分析

2.4 本章小结

参考文献

第三章 四钛酸钾离子交换法合成氧化钛晶须

3.1 概述

3.2 已有的四钛酸钾离子交换热力学模型

3.3 四钛酸钾离子交换热力学模型的改进

3.4 验证实验与结果表征

3.5 结果与讨论

3.5.1 确定组成的层状钛酸盐中间体的制备

3.5.2 层状钛酸盐中间体在不同温度下的相变过程

3.6 本章小结

参考文献

第四章 钛酸钾水热合成氧化钛及结构演变

4.1 概述

4.1.1 水热法和溶剂热法简介

4.1.2 水热体系的生长机理研究

4.1.3 氧化钛的水热合成机理及形态

4.2 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同酸碱条件下H_2Ti_4O_9·1.2H_2O 晶须的水热反应

4.3.2 水热条件下K_2Ti_4O_9 晶须的结构演变

4.3.3 水热条件下K_2Ti_6O_13 晶须的结构演变

4.3.4 水热条件下K_2Ti_8O_17 晶须的结构演变

4.4 钛酸钾晶须水热合成多形体氧化钛的机理讨论

4.5 本章小结

参考文献

第五章 高比表面积介孔氧化钛晶须的合成及其光催化性能研究

5.1 概述

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.3.1 不同实验条件下钛酸钾晶须的结构演变

5.3.2 介孔氧化钛晶须纳米结构形成过程分析

5.3.3 介孔氧化钛晶须的结构分析

5.4 介孔TiO_2 晶须的光谱表征

5.5 介孔氧化钛晶须光催化活性评价

5.5.1 主要原料和实验装置

5.5.2 实验方法和仪器

5.5.3 结果与讨论

5.6 介孔氧化钛晶须的工业化生产和应用

5.6.1 介孔氧化钛晶须的工业化生产

5.6.2 光催化处理有毒有机物废水的装置与工艺

5.7 本章小结

参考文献

第六章 全文结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

发表论文及研究成果

致谢

发布时间: 2005-10-13

参考文献

• [1].低维二氧化钛纳米材料上分子吸附及活化的研究[D]. 董华青.浙江工业大学2017
• [2].低温下的纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究[D]. 王慧蕾.南京理工大学2016
• [3].纳米二氧化钛和二氧化硅的控制合成及组装[D]. 于开锋.吉林大学2005
• [4].二氧化钛纳米复合材料的制备及其光电催化的应用[D]. 敬林.北京理工大学2016
• [5].氮氧化钛制备及其在氧电极中应用研究[D]. 王万丽.上海交通大学2012
• [6].基于二氧化钛团聚球的异质结纳米材料的合成及催化研究[D]. 华浩.重庆大学2015
• [7].二氧化钛结构和催化性质的密度泛函理论研究[D]. 李玮琨.华东理工大学2014
• [8].溅射法制备二氧化钛的掺杂、相变及复合研究[D]. 王辉.华中师范大学2017
• [9].多孔二氧化钛材料的制备、微结构调控及性能研究[D]. 邹晓新.吉林大学2011
• [10].二氧化钛表面功能化及应用研究[D]. 刘于民.江苏大学2011

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• [4].TiO2薄膜光催化剂的制备及结构与性能研究[D]. 任成军.四川大学2004
• [5].二氧化钛及其复合薄膜光催化降解性能研究[D]. 侯亚奇.清华大学2004
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• [7].TiO2光催化降解有机污染物的初始步骤机理研究[D]. 杨世迎.浙江大学2005
• [8].负载型纳米TiO2复合光催化剂的合成及应用研究[D]. 陈金媛.浙江大学2005
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• [10].高活性纳米TiO2的合成、表征及可见光催化性能研究[D]. 唐培松.浙江大学2006

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