TiO2納米材料的形貌調(diào)控、改性及其光催化性能研究.pdf

1、本文分別合成了球形介孔 TiO2、TiO2納米棒、TiO2納米棒自組裝成微球以及花狀TiO2等不同形貌的TiO2光催化材料。另外，將合成的花狀TiO2進(jìn)行了Ni和Co摻雜改性。同時，在紫外光下，對制備的不同形貌的TiO2光催化材料和摻雜改性后的光催化材料的光催化活性進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以TiOSO4為鈦源，十二烷基硫酸鈉(SDS)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，利用水熱法通過調(diào)整 SDS:TiOSO4摩爾比成功的制備出了球形介孔

2、 TiO2納米粒子光催化材料。測試結(jié)果表明，所制備的樣品呈現(xiàn)出球形介孔粒子的直徑大約為20–30 nm，樣品的晶型為銳鈦礦型。SDS并不能改變催化劑的晶體結(jié)構(gòu)，以及仍然保持著高的結(jié)晶度。同時，SO42?的存在可以有效地抑制銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變。另外，通過光催化降解造紙廢水來測試所制備樣品的光催化活性，并且研究了催化劑用量、溶液的pH值、光催化時間以及重復(fù)利用性對造紙廢水的CODCr和色度脫除率影響。結(jié)果表明，在紫外光照射下，催化劑用

3、量是1.0g L–1時，溶液初始pH為4.0時，樣品的光催化活性最好。同時，經(jīng)過三次重復(fù)利用后，樣品仍然保持良好的光催化活性，說明合成的樣品具有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)利用性。此外，樣品 HMT-0.6展示了最好的光催化活性，經(jīng)過紫外光照射12h后，CODCr和色度脫除率分別可達(dá)到83.6％和100%。⑵以TiOSO4水溶液作為鈦源，CTAB為模板，通過水熱法成功的制備出了TiO2納米棒光催化材料。實驗結(jié)果表明，TiO2納米棒長約為100–1

4、50 nm,直徑約為20–30 nm。從XRD譜圖分析可知所有樣品的晶型為銳鈦礦型，加入CTAB后樣品的平均晶粒尺寸變小，這說明CTAB的加入能夠促進(jìn)晶體的晶化，抑制晶體顆粒的生長。通過光催化降解甲基橙來測試制備材料光催化活性，其中，樣品TR-3的光催化劑的活性最高，紫外光照射2.5 h后，甲基橙的色度脫除率達(dá)到100%。⑶以鈦酸異丙酯為鈦源，通過調(diào)整HCl的濃度，利用水熱法成功制備了TiO2納米棒和TiO2微球。結(jié)果表明，在低濃度的H

5、Cl溶液中所制備的材料的晶型結(jié)構(gòu)為金紅石礦型和板鈦礦型的混合礦型，而當(dāng)鹽酸濃度逐漸增加時（5 mol L–1），板鈦礦型的含量逐漸降低直至消失，變?yōu)榧兊慕鸺t石礦型。同時，所制備的材料的晶粒尺寸大小隨著HCl濃度的增加而減小。另外，從TEM和FESEM圖像我們發(fā)現(xiàn)樣品在低濃度的HCl溶液中所制備的材料為 TiO2納米棒，其直徑大約在20–30nm之間，長度大約在150–200 nm之間。但是隨著HCl濃度的增加到5 mol L–1（TRM

6、-4）導(dǎo)致了TiO2納米棒自組裝成微球。有趣的，這些微球的表面并不是光滑的，而是十分粗糙的，可以看到這些微球是由納米棒組裝而成的，這些TiO2微球是由其中心沿著平行于納米棒長軸方向的一些密集的納米棒組裝而成的。為了研究制備的樣品的光催化性能，通過光催化降解甲基橙來測試制備材料光催化活性，樣品TRM-3的光催化劑的活性最高，紫外光照射2.5h后，甲基橙的色度脫除率達(dá)到100%。⑷以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)為穩(wěn)定

7、劑、鈦酸四正丁酯(TBT)為鈦源、冰醋酸為溶劑，采用溶劑熱制備出了粒徑均勻、產(chǎn)率高的三維花狀鈦酸。最后，煅燒得到花狀TiO2光催化材料，并且對花狀TiO2光催化材料進(jìn)行Ni和Co摻雜改性。采用FESEM、TEM、X-射線衍射(XRD)分析手段進(jìn)行表征。結(jié)果表明，花狀鈦酸是由二維納米片自組裝而成，納米片的長度隨著TBT加入量的增加而增長。納米片具有多層結(jié)構(gòu)，其層數(shù)為6–10，層間距為0.83 nm。另外，Ni和Co摻雜改性并沒有改變材料的