納米TiO-,2-復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、納米TiO<,2>復(fù)合材料的制備、復(fù)合途徑對(duì)TiO<,2>性能的影響及其在軍民領(lǐng)域中的應(yīng)用是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本文從TiO<,2>的光催化機(jī)理入手，提出了幾種能有效提高其催化氧化活性的復(fù)合模型，并根據(jù)模型制備了幾種不同的納米TiO<,2>復(fù)合材料，研究復(fù)合對(duì)TiO<,2>催化氧化性能、抗菌性能的影響，對(duì)制備的復(fù)合材料在光催化、抗菌、噴撒型抗紅外固體氣溶膠及燃燒型抗紅外發(fā)煙劑中進(jìn)行了應(yīng)用研究，主要內(nèi)容如下： 從TiO<,2>的光

2、催化機(jī)理出發(fā)，提出氧化劑復(fù)合模型、氧化劑-金屬沉積復(fù)合模型、半導(dǎo)體-氧化劑復(fù)合模型制備復(fù)合材料，以擴(kuò)展TiO<,2>的激發(fā)波段，降低光生電子-空穴的復(fù)合幾率，并進(jìn)行機(jī)理分析。 根據(jù)氧化劑復(fù)合模型，制備TiO<,2>-WO<,3>納米復(fù)合催化劑，對(duì)3.3×10<'-3>mol／L甲醛溶液進(jìn)行光催化，考察不同條件對(duì)其光催化性能的影響；制備Fe<'3+>／TiO<'2>復(fù)合材料，研究太陽光下其催化降解甲基橙的活性；制備Cu<'2+>／

3、TiO<,2>復(fù)合材料研究其抗菌性能；采用浸漬法制備了不同摻雜量的納米V<,2>O<,5>／TiO<,2>復(fù)合材料，研究摻雜對(duì)TiO<,2>抗菌性能和可見光催化活性的影響。結(jié)果表明，相同的焙燒溫度下，WO<,3>摻雜能抑制粒徑的長大；焙燒溫度升高，TiO<,2>金紅石相質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，粒徑變大；WO<,3>摻雜量為3％、600℃焙燒時(shí)，金紅石相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5，光催化活性最高，甲醛光催化1.5h后降解率達(dá)到64％，比純TiO<,2>光催

4、化活性高出79.4％。納米Fe<'3+>／TiO<,2>復(fù)合材料具有多孔結(jié)構(gòu)，表面活性劑十六烷基三甲基溴化胺使納米粒子分散均勻，形成多孔結(jié)構(gòu)。表面活性劑加入和Fe<'3+>摻雜能抑制粒徑的長大，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％，F(xiàn)e<'3+>摻雜量為2％，甲基橙溶液的pH值為5時(shí)復(fù)合材料的光催化效果最好，太陽光照射3h降解達(dá)到30％以上，比純TiO<,2>的光催化效率提高了10倍。Cu<,2+>/TiO<,2>復(fù)合材料Cu<,2+>摻雜量1.6％

5、以上才具有較好的抗菌性能，適量摻雜時(shí)以催化機(jī)理殺菌，過量摻雜時(shí)以溶出機(jī)理殺菌。浸漬法制備的納米V<,2>O<,5>／TiO<,2>復(fù)合材料不需紫外光照射即具有較強(qiáng)的抗菌性能，對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌產(chǎn)生透明抑菌圈，抑菌直徑為8～11mm。FT-IR和XPS的測試結(jié)果證實(shí)了復(fù)合材料中新鍵Ti-O-V的存在。較低濃度摻雜可見光催化降解甲醛能力大大提高，摻雜量過大時(shí)，V<'5+>以V<,2>O<,5>形式覆蓋在TiO<,2>表面，此時(shí)催化性能

6、大大降低，不具有殺菌性能。 根據(jù)氧化劑-金屬沉積復(fù)合模型，采用溶膠凝膠法制備納米Ag／TiO<,2>復(fù)合材料，研究其抗菌性能和光催化性能，并以X射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）進(jìn)行表征。成功制備出了既具有較強(qiáng)抗菌性能又具有較強(qiáng)光催化性能的納米Ag／TiO<,2>復(fù)合材料。應(yīng)用其整理的紡織品不需紫外光照射即具有較強(qiáng)的抗菌性能，對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌產(chǎn)生13~17mm的透明抑菌圈。n（Ti）:n（

7、Ag）＝20:1時(shí)，復(fù)合材料的抗菌性能最佳，同時(shí)具有較高的光催化活性。復(fù)合材料中，銀主要以單質(zhì)形式存在，形成納米銀團(tuán)簇富集在復(fù)合材料表面成為電子積累中心，減少光生電子和空穴的復(fù)合，抑制粒徑的長大，促進(jìn)納米Ag／Ti02復(fù)合材料從銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)移，提高其光催化活性；同時(shí)Ag與表面的H<,2>O發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氧化劑Ag+，提高其抗菌性能。 根據(jù)半導(dǎo)體．氧化劑復(fù)合模型，制備了多孔高比表面的膜包覆型納米TiO<,2>-SiO<,2

8、>復(fù)合材料，并以此進(jìn)行自組裝，采用溶膠凝膠法和浸漬法首次成功制備出Ag+／TiO<,2>-SiO<,2>和V<,2>O<,5>／TiO<,2>-SiO<,2>兩種不需紫外光照射即具有較強(qiáng)抗菌性能的抗菌材料，暗室中其對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌產(chǎn)生清晰透明的抑菌圈，抑菌半徑為11~15mm。還應(yīng)用這兩種材料制備了抗菌陶瓷。FT-IR和XPS測試結(jié)果證明復(fù)合后均產(chǎn)生了新鍵。 對(duì)納米TiO<,2>進(jìn)行表面修飾制備了高電導(dǎo)率的納米TiO<,

9、2>／PANI復(fù)合材料和具有較高催化氧化性能的納米Fe<,3>O<,4>和納米Ti<,2>O／Fe<,3>3O<,4>，首次研究了納米TiO<,2>復(fù)合材料在噴撒型抗紅外固體氣溶膠和燃燒型發(fā)煙劑中的應(yīng)用，并分析了其作用機(jī)理。結(jié)果表明，高電導(dǎo)率的納米TiO<,2>／PANI復(fù)合材料顆粒小，流散性好，具有較好的紅外消光性能。納米Fe<,3>O<,4>和納米Ti<,2>O／Fe<,3>O<,4>使發(fā)煙劑的燃燒速度大大加快，有助于提高發(fā)煙劑的紅