一維納米TiO2-白云母復合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、納米TiO2因其無毒無害，良好的化學穩(wěn)定性以及優(yōu)異的光催化活性等特點，作為一種新型環(huán)保的功能納米材料，在廢水處理，空氣凈化，殺菌消毒等領域有著廣泛的應用。但納米TiO2在制備和使用過程中容易團聚且難以回收和再利用，嚴重制約其光催化大規(guī)模實際應用，將TiO2負載于合適的載體上，可以有效解決這一問題。此外，純納米TiO2帶隙較寬，對太陽光利用率很低，加之光生電子和空穴易于復合，光量子效率低，也是限制其應用的另一原因。通過對TiO2進行金屬或

2、非金屬離子及其共摻雜改性，可有效降低TiO2禁帶寬度，拓展其可見光響應，從而提高對太陽光的利用率。由于一維納米結構較顆粒具有更大的比表面積和吸附能力，使TiO2與反應物接觸面積增大，因此將負載型TiO2進行一維生長成納米線或納米管，可有效提高其光催化效率。
　　本文以白云母為載體，TiCl4為鈦源，尿素為緩釋劑，采用水解-沉淀法制備出白云母負載納米TiO2復合光催化劑，研究分析了焙燒溫度，光催化劑添加量，甲基橙初始濃度和重復使用對

3、光降解甲基橙效果的影響。又以尿素為氮源，采用尿素混合焙燒法制備出具有一定可見光響應的白云母負載氮摻雜納米TiO2復合材料，研究了氮摻雜對樣品中TiO2晶相結構，粒度和光催化性能的影響，初步分析了摻雜機理以及氮元素的摻雜狀態(tài)。再以KOH為礦化劑，PEG為表面活性劑，對負載樣品在高壓釜中進行水熱處理，合成出具有一維結構的納米TiO2/白云母復合材料，研究了礦化劑濃度以及水熱時間對產物形貌的影響，并檢測其光催化性能。實驗采用XRD，SEM，E

4、DS，DUV和XPS分析手段對制得樣品進行表征，并分別以汞燈和金鹵燈為紫外光和可見光光源，甲基橙為模擬降解污染物檢測樣品的光催化性能。
　　實驗結果表明：通過水解-沉淀法，TiO2納米顆粒在白云母表面形成一層均勻致密的包覆層，樣品中TiO2主要由銳鈦礦與金紅石相組成，隨焙燒溫度升高，銳鈦礦相逐漸向金紅石相轉變，同時晶粒不斷長大。500℃焙燒2h的樣品光催化活性最優(yōu)，以2g/L加入20mg/L甲基橙中在300W汞燈光照1h后甲基橙的

5、降解率達到97%，相同條件下重復使用三次后對甲基橙的降解率仍有45.3%。非金屬N的摻雜在一定程度上抑制TiO2晶粒的長大，同時減緩銳鈦礦相向金紅石相的轉變，摻雜氮在TiO2晶格中主要以填隙方式為主，氮原子進入TiO2晶格間隙形成Ti-N-O鍵，降低了TiO2的帶隙，使摻雜樣品較未摻雜樣品的吸收邊由390nm紅移至430nm，表現(xiàn)出一定的可見光響應。粉體尿素質量比為1:3經500℃焙燒的氮摻雜樣品在250W金鹵燈光照1h后對甲基橙的降解

6、率達到67.15%，相同條件下重復使用三次后對甲基橙的降解率下降但仍有24.6%。水熱過程中礦化劑濃度和水熱時間對產物形貌有極大影響，礦化劑KOH濃度7mol/L，水熱時間3d，反應溫度150℃為相對最佳的水熱條件。TiO2一維納米結構在水熱過程中就已形成，TiO2顆粒高溫高壓下溶解于強堿剝離成多層納米片，在堿應力驅使下蜷曲生長成一維納米結構。由于TiO2一維納米結構較顆粒具有更大的比表面積和吸附能力，與甲基橙大分子接觸面積增加，光生電