TiO2-BaSO4復合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、TiO2光催化劑作為新一代的功能性材料,在空氣凈化、污水處理、環(huán)保涂料、抗菌殺毒等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是二氧化鈦納米粉體極易團聚、回收率低的難題使其成為實際應(yīng)用中的瓶頸,而TiO2復合物則克服了這些弊端。
　　 本論文以廉價的硫酸氧鈦(TiOSO4)和四氯化鈦(TiCl4)為鈦源,以BaSO4(涂料填料)為載體,利用溶膠一凝膠法及組裝技術(shù),使納米粉TiO2與BaSO4進行復合,制備了TiO2／BaSO4復合材料,提高了納米TiO

2、2的光催化活性,該研究可增強納米TiO2在涂料中應(yīng)用性,為制備環(huán)保涂料提供理論基礎(chǔ),并具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。
　　 主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.以TiOSO4為鈦源,分別以購買和自制的BaSO4作為載體,制備TiO2／BaSO4復合微粒,研究了表面活性劑、溶膠制備、攪拌等因素對復合微粒制備的影響。
　　 制備鈦溶膠時乙二醇加入3ml為適宜；使用8mmol／L的十二烷基硫酸鈉(SDS)作為復合介質(zhì)、給予一

3、定的攪拌速度,更有利于TiO2納米粒子在BaSO4表面的均勻包覆；購買BaSO4作載體包覆四層后復合微粒大小約為220nm,自制BaSO4包覆一層后粒徑為450nm左右；表面TiO2均為銳鈦礦相,且表層鈦含量隨包覆次數(shù)的增多而提高,但自制載體表面鈦含量要高于購買的。
　　 2.以TiCl4為鈦源,與購買BaSO4進行復合,并進行了表面活性劑、鈦濃度、鹽酸濃度等條件對微粒制備的研究。
　　 (1)使用SDS作為復合介質(zhì),B

4、aSO4表面包覆的納米TiO2顆粒均為金紅石相,并且隨著包覆次數(shù)的增加,載體表面鈦含量均逐漸遞增。
　　 (2)不用SDS作復合介質(zhì)制備TiO2／BaSO4微球時,在制備過程中,給予一定的攪拌速度,HCl濃度為4mol／L,鈦溶膠濃度為0.52 mol／L,復合十次時,可得到帶有一定內(nèi)部空腔的粒徑約為2μm的復合微球；表層由直徑為25—30nm金紅石相TiO2納米棒構(gòu)成；復合十次時樣品的比表面積最大可達91.215m3g-1,孔

5、容為0.068cm2(g nm)-1。
　　 (3)復合機理分析:
　　 用表面活性劑做介質(zhì)時,經(jīng)SDS修飾后帶負電性的BaSO4與帶正電荷的TiO2膠粒通過靜電作用進行逐層包覆。
　　 不用表面活性劑做介質(zhì)時,TiO2納米棒與硫酸鋇形成小的團聚體,隨著復合次數(shù)的增多,新鈦膠粒沉積在表面生長成棒,TiO2棒繼續(xù)生長,如此循環(huán),簇、棒及球之間等混合交錯,構(gòu)成了“鋼筋混凝土”式的內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)且具有一定空腔的復合微球。

6、
　　 3.制備的TiO2／BaSO4復合材料降解甲基橙溶液的光催化活性研究。
　　 (1)以TiOSO4為鈦源,使用表面活性劑制備的TiO2／BaSO4復合材料作為催化劑時,催化劑用量為95mg,pH為6,包覆四層時的TiO2／BaSO4復合微粒光催化效果最佳,符合一級動力學方程；在最佳光催化條件下,TiO2／BaSO4降解甲基橙6h后,有機碳的去除率可達89.53％,其重復利用率較好。
　　 (2)以TiCl

7、4為鈦源,使用表面活性劑制備的TiO2／BaSO4復合材料,催化劑用量為130mg,溶液pH為1,包覆第四層時TiO2／BaSO4的催化效果最好；與純BaSO4和TiO2相比,復合樣品對光的吸收強度明顯提高；最佳光催化條件下,TiO2／BaSO4降解甲基橙3h后,TOC去除率可達到68.08％。
　　 (3)以TiCl4為鈦源,不用表面活性劑時,制備的TiO2／BaSO4復合微球作為催化劑,催化劑用量為60mg,復合十次后微球的