TiO2基球形材料的制備與光催化性能研究.pdf

1、TiO2納米材料具有光敏效率高和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，目前已成為研究最為廣泛的光催化材料之一。隨著研究的不斷展開(kāi)和深入，人們發(fā)現(xiàn)TiO2類光催化材料存在以下兩個(gè)明顯的不足：1）太陽(yáng)光利用率低，其只能吸收太陽(yáng)光中3％-5%的紫外光部分；2）較小的粒子尺寸使其在反應(yīng)后很難被分離，導(dǎo)致在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不易重復(fù)使用。本論文以此為出發(fā)點(diǎn)，制備了高活性、易分離且具有可見(jiàn)光響應(yīng)的新型TiO2類光催化材料，主要內(nèi)容如下：
　　采用簡(jiǎn)單的浸漬法，以鈦酸四

2、丁酯（TBOT）為TiO2的前驅(qū)體，強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（IRA-900）為硬模板，得到了一系列3D中空毫米級(jí)TiO2微球。重點(diǎn)研究了浸漬次數(shù)和焙燒過(guò)程對(duì)中空毫米級(jí)TiO2微球形態(tài)、晶相、組成、結(jié)構(gòu)以及光吸收能力的影響，并考察了催化劑對(duì)有機(jī)染料的降解情況。結(jié)果表明，這些中空毫米球的殼壁由TiO2納米粒子組成，且殼壁內(nèi)含有大量的介孔，為光催化反應(yīng)中分子在殼壁內(nèi)的傳輸提供了通道。重要的是，所得中空毫米級(jí)TiO2微球具有一定的強(qiáng)度，即使在快速

3、攪拌的條件下，其球形形態(tài)基本保持不變，在完全降解染料后可以自動(dòng)沉降到反應(yīng)器底部，無(wú)需離心等操作即可從反應(yīng)溶液中分離出來(lái)，在很大程度上解決了納米TiO2粒子在反應(yīng)后的分離問(wèn)題。
　　為了將催化劑的光響應(yīng)范圍由紫外區(qū)拓展到可見(jiàn)光區(qū)，以草酸鈦鉀為前驅(qū)體，IRA-900為碳源，通過(guò)一鍋法合成了一系列介孔TiO2/C復(fù)合物，這種方法使分散的TiO2納米粒子限域在介孔碳孔道內(nèi)。炭化溫度決定了Meso-TiO2/C樣品的晶相組成，活性炭的支撐使

4、TiO2晶型的轉(zhuǎn)變受到很大的抑制。在可見(jiàn)光照射下降解水中染料污染物甲基橙（MO）的過(guò)程中，復(fù)合物中碳和TiO2納米粒子之間表現(xiàn)出協(xié)同作用，即大的介孔尺寸和高的比表面積吸附染料，表面碳和分散均勻的TiO2納米粒子共同作用將污染物降解。介孔孔道有利于染料分子的傳輸，使其更容易與TiO2納米粒子接觸。在完全降解染料后可以自動(dòng)沉降到反應(yīng)器底部，無(wú)需離心等操作即可從反應(yīng)溶液中分離出來(lái)。
　　利用兩種可見(jiàn)-紅外波段的光譜輻射特性測(cè)量裝置，對(duì)合

5、成的Meso-TiO2/C樣品進(jìn)行了光譜透過(guò)率測(cè)量；根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)樣品的光譜吸收能力進(jìn)行了分析，采用單粒徑假設(shè)，利用測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)使用MIE散射理論以及K-K關(guān)聯(lián)式，反演獲得了各樣品的輻射物性即復(fù)折射率。結(jié)果表明，對(duì)于1.31-25μm紅外波段復(fù)折射率來(lái)說(shuō)，不論是折射指數(shù)n還是吸收指數(shù)k值，都會(huì)隨著炭化溫度的升高而增大；對(duì)于不同樣品的0.3-2.5μm波段復(fù)折射率來(lái)說(shuō)，900℃二次浸漬處理的樣品折射指數(shù)n和吸收指數(shù)k值均最大，1100℃