溶液燃燒合成納米TiO2粉末及光催化性能研究.pdf

1、TiO2由于具有較高的光催化活性、無毒、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用到光解水、碳氮固定、降解有機(jī)物等光催化領(lǐng)域中。而且有研究表明,含有兩相(銳鈦礦相和金紅石相)混合的TiO2具有更高的光催化性能。但目前關(guān)于納米混晶TiO2的研究并不多,主要是采用溶膠-凝膠法、水熱法或微乳液法來制備。這些方法主要是通過控制煅燒溫度或添加雜質(zhì)離子來生成具有混晶結(jié)構(gòu)的TiO2,不僅工藝復(fù)雜、耗時(shí)長、成本高,另外,易引入雜質(zhì),影響人們對(duì)結(jié)構(gòu)與性能之間內(nèi)在關(guān)系的充分

2、認(rèn)識(shí)。
　　本論文采用溶液燃燒法制備混晶納米TiO2光催化劑,通過調(diào)節(jié)燃料比來控制晶型的比例,通過添加分散劑來改善TiO2粉體的硬團(tuán)聚和燒結(jié)現(xiàn)象,并對(duì)光催化性能最佳的混晶TiO2進(jìn)行摻雜,進(jìn)一步提高其光催化性能。采用XRD、SEM、UV-vis、XPS等手段分別對(duì)TiO2晶相組成、晶粒大小、本征吸收波長和各元素狀態(tài)進(jìn)行了表征。
　　采用溶膠-凝膠和溶液燃燒合成法分別制備了納米TiO2粉末。溶膠-凝膠法制得的TiO2粉末為單一

3、的銳鈦礦相,平均顆粒尺寸大約為15nm;而溶液燃燒合成法制得的TiO2粉末同時(shí)存在銳鈦礦相和金紅石相,其比例為7:3,平均粒徑大約為20nm。兩者的本征吸收波長分別為425nm和415nm。以甲基橙為降解對(duì)象,在40W主波長為365nm的紫外燈下照射5h后,溶膠-凝膠和溶液燃燒法合成粉末的降解率分別為79.8％和70.1％。
　　點(diǎn)燃溫度和燃料比對(duì)TiO2的晶型有較大的影響。600℃點(diǎn)燃合成的TiO2,以銳鈦礦相為主要晶型,含有少

4、量的金紅石相,且其顆粒細(xì)小、均勻,無有機(jī)物殘留,顆粒尺寸大約為20nm。通過調(diào)節(jié)燃料比可控制TiO2的晶型比例。當(dāng)燃料比Φ=0.25時(shí),合成的TiO2為單一的銳鈦礦相;隨著Φ的增加,金紅石相開始出現(xiàn),并逐漸增加;當(dāng)Φ=1.5時(shí),合成的TiO2含有金紅石相92.9％。具有單一銳鈦礦相的TiO2和混晶的TiO2(fR:fA≈3:7)的光催化活性較高,在紫外光下照射5 h后對(duì)甲基橙溶液的降解率分別為80.1％和70.1％。
　　在燃燒合

5、成過程中,添加適量的PEG和淀粉可有效改善TiO2粉末的硬團(tuán)聚和燒結(jié)現(xiàn)象。當(dāng)PEG添加量為0.5％wt時(shí)或淀粉的添加量為1％wt時(shí),TiO2粉末,顆粒細(xì)小、分布均勻,平均尺寸約為15nm,主要由銳鈦礦相和金紅石相組成,光催化降解率分別為99.4％和86.4％。
　　V摻雜可有效改善TiO2的本征吸收,隨著V摻雜量的增加,吸收帶邊波長逐漸增加,帶隙寬度逐漸減小,同時(shí)對(duì)可見光的吸收也逐漸增大。當(dāng)V摻雜量達(dá)到3％時(shí),TiO2的本征波長擴(kuò)