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《河北师范大学》 2004年
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纳米结构TiO_2的制备、组装机理及光催化性能的研究

杨晓辉  
【摘要】:纳米TiO_2具有许多独特的物理化学性质,广泛应用于涂料、造纸、印刷、化纤、化妆品、催化剂、抗菌剂、污水处理等行业。纳米TiO_2作为光催化剂所具有的广谱、安全节能等独特性质使其成为光催化领域应用前景最广阔的材料之一。 目前纳米TiO_2光催化体系主要有粉末悬浮体系和负载型光催化体系。悬浮型光催化体系由于存在易凝聚和难回收等缺点,给实际应用带来了一定的困难。克服这一困难的有效途径是开发利用负载型TiO_2。核-壳型纳米结构TiO_2复合颗粒,克服了由于颗粒小,易中毒失活、易团聚,不易回收等缺点。核-壳粒子的一个重要扩展是通过加热或溶解除去“核”,使之产生空心球壳。纳米结构TiO_2空心球不仅具备纳米颗粒的高表面积和高活性,而且密度低,并可能由此产生一系列特殊的性能,故具有重要的研究意义和应用空间。本论文应用溶胶凝胶与自组装技术相结合的方法制备了纳米结构的TiO_2及空心球,并对自组装机理进行了探讨。 主要内容有: (1) 利用溶胶凝胶与自组装技术相结合,以钛酸四丁酯、乙醇为原料,阴离子表面活性剂作为自组装介质,制得了不同层数、不同含量、不同表面结构的核-壳型的纳米结构TiO_2/γ-Al_2O_3复合材料,探讨了不同的实验条件对于组装过程和结果的影响; (2) 以十二烷基磺酸钠作为自组装介质,通过十二烷基磺酸钠在γ-Al_2O_3上吸附等温线的测定,结合Zeta电位、接触角以及红外图谱数据,探讨了纳米结构TiO_2/γ-Al_2O_3的组装机理。结论是:在指定的实验条件下,γ-Al_2O_3表面带正电荷,与带负电荷的十二烷基磺酸钠首先形成单分子层吸附,随后有机链通过非极性基团吸附,形成半胶团结构,极性基团向外,表面荷—层负电荷。依靠静电引力吸附配置好的溶胶中的荷正电的TiO_2粒子,从而将TiO_2纳米粒子组装到γ-Al_2O_3表面。组装机理的探讨对确定最佳的制备工艺条件,控制反应过程提供了重要的理论指导; (3) 分别以钛酸四丁酯、四氯化钛为原料,选用一定的溶剂配制成溶胶,十二烷基磺酸钠作为自组装介质。选择不同的条件,如温度、酸度、陈化时间等,在直径为0.25mm左右的聚苯乙烯微球上组装上了纳米结构TiO_2,随后通过控制升温速率及煅烧温度将聚苯乙烯核除去,获得了不同含量、不同结构、不同形貌和晶型的纳米结构TiO_2空心球; (4) 对以上所制的样品进行了XRD、SEM、IR、X射线能谱、国标法标定、TG-DTA分析等表征,研究结果表明:1、自组装介质可改变载体表面的微环境。在载体表面的 吸附量及表面吸附状态可通过控制其浓度来控制,控制不同的浓度载体表面可带不同电 荷。2、控制不同的酸度、温度、反应时间、锻烧温度可制备不同晶型、不同形貌的纳 米结构Ti02及空心球。3、随着组装次数的增加,TIOZ的含量线性增加,致密性、均匀 性增强; (5)利用纳米结构Ti02作为光催化剂,对苯酚溶液进行了降解实验。研究表明不 同的晶型、不同催化时间、不同的组装次数对光催化效应有不同的影响。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O643.3

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