纤维二氧化钛掺杂复合及光催化性质研究

论文摘要

本文采用常压化学气相沉积法（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition，APCVD）制备了TiO2纤维及其掺杂复合催化剂，通过各种现代分析手段对制得的催化剂进行了表征；并进行了光催化活性测定。主要研究内容和结论如下：（1）采用APCVD法，以四氯化钛（TiCl4）为前驱物，以不同比表面积的活性炭纤维（Activated Carbon Fibers，ACF）为模板制备了纳米TiO2纤维。分别考察了沉积温度、载气流量、沉积时间等工艺参数对TiO2结构、形貌以及产率的影响。利用SEM、TEM、XRD和物理吸附仪等分析仪器对催化剂进行了表征。得出最佳制备条件：沉积温度为200℃，TiCl4和氨水载气流量分别为50mL／min和200mL／min，沉积时间为1h。该条件下得到的催化剂粒径在25nm左右、锐钛矿晶型，比表面积为85.34m2／g，内部富含平均孔径为1nm的微孔，6.17nm的中孔和少量的大孔。催化活性最高，在TiO2用量为0.10g╱L条件下，紫外光降解50mg／L苯酚2.5h转化率达到70％以上。（2）利用APCVD法，以TiCl4为前驱物，定性滤纸为模板制备了TiO2纤维。对催化剂进行了XRD和TEM表征，考察了沉积温度对催化活性的影响。100℃下沉积的TiO2粒径为30nm，晶型为锐钛矿型，50mg╱L苯酚紫外光2.5h转化率达到57.29％。（3）采用APCVD法，分别以SnCl4、TiCl4和SnCl4混合物为前驱物，ACF为模板制备了SnO2纤维及SnO2／TiO2复合催化剂。利用TEM和SEM对催化剂进行了表征。考察了不同混合比例对催化剂活性的影响，得出二者理论摩尔比为0.05时，50mg╱L苯酚紫外光2.5h转化率达到76.25％。（4）采用光化学还原法和浸渍法分别制备了Ag／TiO2和CeO2／TiO2复合纤维，初步考察了Ag沉积时间、CeO2掺杂比例对紫外光下光催化氧化水中苯酚的影响。掺杂后催化效果有所提高，其中Ag沉积时间为10min时，紫外光下反应2.5h苯酚转化率达到77.15％；CeO2质量分数为1.0％时，苯酚转化率达到74.21％。（5）采用APCVD法，以TiCl4为前驱物，以ACF为载体，制备了TiO2薄膜催化剂。利用SEM对催化剂进行了表征，发现沉积的TiO2薄膜比较均匀。分别考察了紫外光下转化50mg／L苯酚的活性，2.5h最高转化率达到77.46％。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 综述
• 1.1 二氧化钛光催化基本原理
• 1.1.1 二氧化钛的结构
• 1.1.2 二氧化钛光催化机理
• 1.2 二氧化钛纤维的制备方法
• 1.2.1 钛酸盐晶须脱碱法（KDC法）
• 1.2.2 溶胶—凝胶拉丝法
• 1.2.3 水热法
• 1.2.4 溶剂热法
• 1.2.5 模板法
• 1.3 二氧化钛负载型催化剂的制备
• 1.3.1 二氧化钛薄膜催化剂的制备
• 1.3.2 活性炭纤维二氧化钛复合催化剂的制备
• 1.4 二氧化钛催化剂的改性
• 1.4.1 贵金属沉积
• 1.4.2 金属离子沉积
• 1.4.3 半导体复合
• 1.4.4 表面光敏化
• 2 研究目的、意义及内容
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究内容
• 2和SnO₂纤维的制备与表征'>3 TiO₂和SnO₂纤维的制备与表征
• 2纤维的实验装置'>3.1 化学气相沉积法制备TiO₂纤维的实验装置
• 3.2 实验试剂及仪器
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 预备实验
• 3.3.2 催化剂制备
• 3.3.3 催化剂表征
• 2纤维的制备工艺及催化性能研究'>4 TiO₂纤维的制备工艺及催化性能研究
• 2纤维'>4.1 不同条件下制备的TiO₂纤维
• 4.2 Ti前驱物种类对催化剂结构的影响
• 4.3 沉积温度对催化剂结构、形貌、活性的影响
• 2形貌的影响'>4.3.1 沉积温度对TiO₂形貌的影响
• 2结构的影响'>4.3.2 沉积温度对TiO₂结构的影响
• 4.3.3 沉积温度对光催化活性的影响
• 4.4 载气流量对催化剂结构、活性及产率的影响
• 2产率的影响'>4.4.1 载气流量对TiO₂产率的影响
• 4.4.2 载气流量对光催化活性的影响
• 2结构的影响'>4.4.5 载气流量对TiO₂结构的影响
• 4.5 沉积时间对催化剂形貌、活性及产率的影响
• 2纤维的研究'>4.6 以滤纸为模板制备TiO₂纤维的研究
• 2纤维的研究'>4.7 以活性炭纤维为模板制备SnO₂纤维的研究
• 4.8 本章小结
• 2纤维改性的初步研究'>5 TiO₂纤维改性的初步研究
• 5.1 实验试剂、设备及装置
• 2纤维沉积贵金属Ag的改性'>5.2 TiO₂纤维沉积贵金属Ag的改性
• 2催化剂的制备'>5.2.1 Ag/TiO₂催化剂的制备
• 2催化剂降解苯酚实验'>5.2.2 Ag/TiO₂催化剂降解苯酚实验
• 2催化剂掺铈的改性'>5.3 TiO₂催化剂掺铈的改性
• 2/TiO₂催化剂的制备'>5.3.1 CeO₂/TiO₂催化剂的制备
• 2/TiO₂催化剂降解苯酚实验'>5.3.2 CeO₂/TiO₂催化剂降解苯酚实验
• 2/TiO₂复合催化剂的制备及活性'>5.4 SnO₂/TiO₂复合催化剂的制备及活性
• 2/TiO₂复合催化剂的制备'>5.4.1 SnO₂/TiO₂复合催化剂的制备
• 2/TiO₂复合催化剂降解苯酚实验'>5.4.2 SnO₂/TiO₂复合催化剂降解苯酚实验
• 5.5 本章小结
• 6 二氧化钛负载型催化剂的制备、表征及催化活性
• 6.1 实验试剂、设备及实验装置
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 催化剂的制备
• 6.2.2 催化剂的表征
• 6.2.3 催化剂的活性考察
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢