M(Ca,Zn)TiO3的水熱—固相合成改性及光催化性能研究.pdf

1、鈣鈦礦型光催化劑(ABO3)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其他的金屬離子部分取代A位或B位時(shí)，在保持晶體鈣鈦礦結(jié)構(gòu)不變的情況下，可以形成離子缺陷或著導(dǎo)致B離子價(jià)態(tài)的改變，從而具有光催化性能，在光催化領(lǐng)域成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前鈣鈦礦型光催化劑的制備方法主要為傳統(tǒng)固相法、溶膠凝膠法和水熱法，但這些方法都無法同時(shí)滿足低成本、低能耗的工業(yè)要求，因此開發(fā)新穎的制備鈣鈦礦型材料的技術(shù)具有重大的意義。
　　 本文以廉價(jià)的TiO2作為原材料，從降低固

2、相反應(yīng)的焙燒溫度為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合水熱法和固相法制備CaTiO3和ZnTiO3，并且對(duì)光催化效果好的CaTiO3進(jìn)行A位摻雜研究。所制備的材料及其光催化性能使用熱分析(DSC-TG)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和紫外可見分光光度計(jì)等手段進(jìn)行了表征和檢測。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 (1)對(duì)水熱-固相法制備CaTiO3的合成工藝進(jìn)行了研究，主要探討了焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)材料的物相的影響。研究結(jié)果表

3、明，在500℃的條件下焙燒2h即可得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaTiO3，高純度的CaTiO3的最佳制備工藝條件:焙燒溫度700℃，焙燒時(shí)間10h。SEM和TEM對(duì)材料的形貌表征結(jié)果顯示，CaTiO3呈顆粒狀，分散性良好，粒徑大約為100 nm。本實(shí)驗(yàn)還研究了CaTiO3的形成機(jī)理和光催化性能，形成機(jī)理研究表明，TiO2在水熱條件下生成了化學(xué)組成為H2Ti3O7·3H2O的納米管，H2Ti3O7·3H2O納米管與鈣離子發(fā)生離子交換反應(yīng)后在高溫下轉(zhuǎn)

4、化成所制備的CaTiO3。另外，CaTiO3對(duì)甲基橙溶液具有良好的降解效果:以500W氙燈為光源，0.3 g/L CaTiO3光催化降解15 mg/L甲基橙溶液，20 min降解率達(dá)到95.5％，說明CaTiO3光催化降解甲基橙并且符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模型，速率常數(shù)k=0.1091。
　　 (2)通過水熱-固相法制備ZnTiO3進(jìn)行了研究，探討了此方法制備ZnTiO3的最佳合成工藝，并對(duì)所合成材料的形貌和光催化性能進(jìn)行了研究。研究

5、結(jié)果表明，水熱-固相法制備ZnTiO3的最佳工藝條件為:在800℃的溫度下焙燒10h，并且溫度對(duì)ZnTiO3的成分變化影響很大。ZnTiO3的形貌分析結(jié)果顯示顆粒粒徑大小不一，粒徑大約分布在100～500 nm之間。ZnTiO3對(duì)甲基橙的具有良好的降解效果，當(dāng)投加量為0.3 g/L時(shí)，光催化降解15mg/L甲基橙溶液20 min，降解率達(dá)到92.7％;0.3 g/L的ZnTiO3降解15 mg/L的甲基橙溶液的速率常數(shù)k=0.1020。

6、
　　 (3)在CaTiO3和ZnTiO3的合成和光催化性能研究基礎(chǔ)上，選擇光催化性能更為優(yōu)越的CaTiO3進(jìn)行了摻雜研究。采用水熱-固相法對(duì)CaTiO3的A位分別進(jìn)行了La和Ag的摻雜，結(jié)果表明，Ag、La均摻進(jìn)了Ca的位置。光催化降解甲基橙溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜La降低了CaTiO3的光催化活性，摻雜Ag提高了CaTiO3的光催化活性，當(dāng)Ag的摻雜量為x=0.015時(shí)，Ca1-xAgxTiO3具有最佳光催化活性，速率常數(shù)k