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《华东理工大学》 2011年
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有机物表面修饰二氧化钛光催化剂的制备、表征和应用

邹巍巍  
【摘要】:随着人类工业化水平的提高,世界人口的持续增长,有机物对环境所带来的污染越来越严重,环境问题已成为当今世界的主要问题之一。作为一种新型催化剂,纳米二氧化钛半导体材料因其优异的化学稳定性、在净化水和空气中高效的光催化活性以及相应较低的价格,成为当今不可或缺的研究热点。但是,其3.2 eV的禁带宽度和光催化过程中较低的光子效率,已成为其发展中难以逾越的瓶颈。本课题在此基础上应运而生,采用多种不同的有机物对其改性和修饰,扩展了二氧化钛对可见光的响应能力。 本文第二章通过简单的冷凝回流法,分别以甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)和十八烷基异氰酸酯(0I)为表面改性剂,在甲苯作为溶剂的条件下,对二氧化钛进行表面改性,制得了具有高可见光催化活性的二氧化钛光催化剂。异氰酸酯通过异氰酸酯基-NCO-与二氧化钛表面羟基反应,在分子间形成具有-NHCO-稳定结构的表面配合物。紫外可见漫反射光谱显示键合形成的表面配合物具有良好的可见光光响应能力,配合物N原子和O原子中孤对电子受激跃迁至二氧化钛导带,使催化剂的吸收边带红移至800 nm,并分别在469 nm和597 nm出现特征吸收。红外光谱、XPS能谱和TGA热失重曲线证实异氰酸酯稳定键合在二氧化钛表面,在分别对甲基橙、2,4-二氯苯酚、苯酚和荧光素的可见光降解试验中,改性二氧化钛光催化活性远高于Ti02(P25)。同时,XRD证实改性不改变二氧化钛原有的晶型和结晶度,维持了二氧化钛(P25)的均一性和稳定性。在此基础上,本文还制备了十八烷基异氰酸酯和甲苯2,4-二异氰酸酯共改性的Ti02光催化剂。OI改性的催化剂具有超强的吸附能力,TDI改性的催化剂具有较好的催化活性,复合催化剂通过协同作用,大大提高了二氧化钛的应用前景。异氰酸酯改性的催化剂表现出了优良的光化学稳定性,重复使用4次后能够保持原有的光催化活性。 随后,本文分别以甲苯和无水甲醇为溶剂,采用DDAT(十二烷基二甲基乙酸三硫代碳酸酯)为改性剂,通过溶胶-凝胶-水热法制备得到了具有竞争力的高可见光光催化活性二氧化钛光催化剂。DDAT含有具备聚合引发性能的特征基团,通过DDAT羧基与二氧化钛表面羟基反应,在Ti02表面形成具有双齿螯合结构基团(RCOO)Ti2的新型催化剂。表面螫合物受光激发产生光生电子,扩展催化剂的吸收边带,提高了Ti02的可见光活性。水热时间和水热温度对催化剂的活性影响较大,150℃下水热24 h制得的催化剂具有最好的催化活性。 接下来,以邻苯二酚为改性剂,通过原位表面改性法在不同条件下制备了具有良好可见光光催化活性的新型二氧化钛光催化剂。并用XRD、UV-DRS. FT-IR、XPS、TGA、TEM和可见光光催化等方法对催化剂进行了表征和考察,新型催化剂通过邻苯二酚在钛酸四丁酯原位水解的过程中进行化学键合,在提高二氧化钛表面羟基利用率的同时,也增强了表面复合物的稳定性。本章同时参考相关文献,采用搅拌-回流法制备了邻苯二酚改性(P25)催化剂,与之相比,原位改性催化剂具有成倍提高的可见光活性。研究发现,邻苯二酚低浓度下是很好的改性剂和光敏化剂,但当浓度过高时,残留的有机物抑制纳米粒子对可见光的吸收损失催化剂的可见光活性;原位改性催化剂的活性随溶剂热时间延长至48 h,一直保持着随时间增加而提高的趋势,因为原位水解过程缓慢,同时表面复合物在溶剂热过程中键合更加牢固;催化剂颜色随溶剂热温度提高变化较大,当温度提高到150℃时,邻苯二酚碳化会导致催化剂瞬间失活,120℃下的催化剂具有更高的可见光活性;邻苯二酚原位改性催化剂具有均一的表面形貌。通过不同条件下的考察,当溶剂热温度120℃,溶剂热时间48 h,改性剂添加量为0.1 g(质量比为4%(m邻苯二酚/m二氧化钛))时,TiO2/Catechol催化剂具有最高的可见光活性。改性催化剂在A07的可见光降解中显示出了良好的光化学稳定性,重复使用3次后能够保持原有的光催化活性。 最后,根据半导体复合能提高光生电子—空穴对的分离效果,从而提高光催化效率。本文第五章系统研究了在不同pH条件下原位氧化聚合合成聚苯胺(PANI),并将合成的PANI与二氧化钛进行复合,制备出具有良好可见光光催化活性的TiO2/PANI光催化剂,并通过XRD、UV-DRS、XPS、TEM、EDS、TOC和可见光光催化等方法对催化剂进行了表征和考察。在分别以2,4-二氯苯酚和A07为目标降解物的可见光光催化研究中,复合催化剂显示出了较好的分散性和矿化能力。采用不同pH值制备的聚苯胺与二氧化钛进行复合改性,当pH值控制在7.0左右时,样品具有更好的光催化活性,因为不同pH下的聚苯胺具有不同的结构和导电性能,当pH值为7.0时,聚苯胺具有复合化学形态和较好的导电性,有利于催化反应中电子和空穴的转移。通过在催化剂不同典型部位进行EDS表征,表明有机物以均一的方式分散在催化剂中。本章还利用PANI对TDI改性二氧化钛进行二次改性,二次改性后催化剂的分散性有较大提高。 作为一种新型材料,二氧化钛受到越来越多人的重视和研究,本文通过一系列的有机物对二氧化钛进行改性,虽达到了一定的效果,提高了催化剂在可见光区的响应能力,也通过在表面形成复合物提高了其光子效率和降解速度,但科学知识是没有尽头的,为了真正实现二氧化钛在环境领域的广泛使用,仍需有进一步的努力探索和研究。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O643.36

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 宗祥福,王峰,翁渝民,章壮健,朱永强,姚文华;紫外辐照纳米尺度TiO_2薄膜亲水性转变的机理[J];复旦学报(自然科学版);2002年02期
2 戴智铭,陈爱平,杨阳,古宏晨,顾明元;TiOSO_4热水解法制备超细TiO_2粉末光催化剂[J];中国粉体技术;2001年02期
3 张长远,何斌,张金龙;二氧化钛功能薄膜研究发展与应用[J];感光科学与光化学;2004年01期
4 岳林海,金达莱,徐铸德;共沉淀法合成复合碳酸钙及其形貌和晶型的研究[J];化学学报;2003年10期
5 沈杰,董昊,张永熙,杨锡良,陈华仙,顾元壮,章壮健;溶胶-凝胶法制备二氧化钛薄膜的亲水性研究[J];真空科学与技术;2000年06期
6 周艺,徐协文,刘其城,周琼花,郏宇飞;RE/TiO_2纳米粒子在自然光下的催化氧化性能[J];中南工业大学学报(自然科学版);2002年04期
7 祝静艳,杜金菊,欧晃栋,匡代彬,徐安武;低温合成纳米TiO_2及其气相光催化氧化性能[J];中山大学学报(自然科学版);2002年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴光辉,杨莉,周伟,万诗贵;光催化亲水防雾玻璃制品的研究[J];玻璃与搪瓷;2005年04期
2 梁红波;熊磊;徐海涛;管静;;超支化聚氨酯/TiO_2自清洁光固化涂层的制备及性能研究[J];表面技术;2011年06期
3 刘欣;唐振方;叶勤;吴奎;张楠;;钒离子注入改进Pilkington自洁玻璃材料的亲水性研究[J];材料导报;2006年02期
4 孙俊英;孟大维;汪新星;刘卫平;欧阳海琳;王革;;稀土元素掺杂对纳米TiO_2光催化剂的影响及机理[J];材料导报;2007年S3期
5 边亮;宋绵新;周天亮;赵效勇;;液相法制备TiO_2光催化剂的研究现状[J];材料导报;2008年S1期
6 杜军;石佳光;黄晶晶;张文龙;刘飞;;金属掺杂的二氧化钛纳米线的研究进展[J];材料导报;2012年03期
7 田守卫;王作辉;刘阳思;颜家振;黄婉霞;;纳米TiO_2薄膜的制备及其性能研究[J];材料工程;2006年S1期
8 黄永刚,陈敏,李长敏,张庆瑜;磁控溅射制备TiO_2薄膜的亲水性能研究[J];材料科学与工程学报;2004年03期
9 颜鲁婷,司文捷,苗赫濯;纳米TiO_2光催化材料的研究进展[J];材料科学与工程学报;2004年05期
10 崔晓莉,江志裕;纳米二氧化钛薄膜的制备及特性研究[J];电镀与涂饰;2002年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔晓莉;江志裕;;电沉积纳米TiO_2薄膜的特征及其光催化性质[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
2 王建;;La~(3+)掺杂TiO_2光催化性能的检验[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
3 巩运兰;任云霞;杨云;白正晨;郭鹤桐;;具有纳米孔结构的阳极氧化钛薄膜形成过程分析[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
4 彭鲲;牛淑云;;纳米晶TiO_2的制备及其表面光电性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
5 贺建芸;孙芳;;利用改性纳米TiO_2降解空气污染物的研究[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集(下卷)[C];2006年
6 鲍兴旺;燕姗姗;陈锋;张金龙;;过氧钛酸法低温制备二氧化钛薄膜及其性能表征[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年
7 贺建芸;姜志国;;改性TiO_2光催化膜在可见光下降解甲苯的研究[A];持久性有机污染物论坛2006暨第一届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2006年
8 叶美英;鲁颜尔;李宝兴;刘金华;;纳米TiO_2光催化毛细管反应器的研制及其性能研究[A];中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集[C];2008年
9 赵雪君;纳薇;杨鑫;段志刚;柳清菊;吴兴惠;;TiO_2薄膜光诱导超亲水性能的测试与表征方法[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集(C辑)[C];2005年
10 常学森;巴德纯;闻立时;刘坤;;二氧化钛功能薄膜理论分析与研究进展[A];2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005年
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1 李冀辉;以鳞片石墨为原料的多功能碳材料的制备与应用研究[D];河北大学;2009年
2 童天中;晶相可控纳米TiO_2微球的制备、表征及其金属改性研究[D];华东理工大学;2010年
3 王韵芳;钛硅复合氧化物的制备及在微污染水处理中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
4 朱志平;碳纳米管复合物去除电站锅炉补给水中有机物的机理研究[D];中南大学;2011年
5 方培育;ZrSiO_4@TiO_2光催化复合材料的制备与性能研究[D];华南理工大学;2011年
6 宋亮;一维钛基纳米材料的合成、改性及光催化性能研究[D];中国海洋大学;2011年
7 孙琼;二氧化钛光催化、光敏化影响因素及机理研究[D];浙江大学;2011年
8 张雄飞;纳米二氧化钛复合粉体的电化学合成[D];昆明理工大学;2003年
9 张前程;光催化法去除室内空气中有机污染物的研究[D];天津大学;2003年
10 任达森;溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛薄膜及其光致特性研究[D];复旦大学;2004年
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1 顾松涛;稀土—氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
2 孟祥东;钛基光催化剂的低温合成及其光催化性能的研究[D];淮北师范大学;2010年
3 谢主伟;纳米SiO_2/TiO_2亲水复合薄膜的制备及性能研究[D];华南理工大学;2010年
4 王宏;钛氧化物功能薄膜的制备及其性能研究[D];华东理工大学;2010年
5 蒋健翔;CdS/介孔TiO_2复合半导体光催化降解苯酚的研究[D];浙江大学;2011年
6 崔文娟;Fe~(3+)/B掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究[D];兰州理工大学;2011年
7 王恩华;等离子体型TiO_2光催化材料的制备与性能研究[D];山东轻工业学院;2011年
8 李蕊;TiO_2微球的调控合成与表征[D];济南大学;2011年
9 叶育倩;纳米碳酸钙的制备及其生长过程的研究[D];华东理工大学;2011年
10 赵利荣;多孔阳极氧化铝薄膜的光学常数和润湿特性的研究[D];西北师范大学;2010年
【二级参考文献】
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1 于向阳,程继健,杜永娟;TiO_2光催化薄膜的制备法[J];玻璃与搪瓷;2001年01期
2 余家国,赵修建;多孔TiO_2薄膜的表面微结构对甲基橙光催化脱色的影响[J];催化学报;2000年03期
3 菅盘铭,夏亚穆,李德宏,王晓燕;掺杂TiO_2 纳米粉的合成、表征及催化性能研究[J];催化学报;2001年02期
4 傅宏刚,于海涛,张新,张艳喜,张志谦,徐崇泉,强亮生;Ca改性钛酸铅纳米晶的制备及结构研究[J];高等学校化学学报;1999年08期
5 刘平,凌岚,林华香,付贤智;光催化抗雾膜材料的制备及其亲水性研究[J];高等学校化学学报;2000年03期
6 徐安武,刘汉钦,李玉光;NO_x气相光催化氧化降解研究[J];高等学校化学学报;2000年08期
7 余家国,赵修建;多孔TiO_2薄膜自洁净玻璃的亲水性和光催化活性[J];高等学校化学学报;2000年09期
8 管自生,马颖,曹亚安,张昕彤,姚建年;预处理对TiO_2表面超亲水性的影响[J];感光科学与光化学;2000年03期
9 王晓萍,于云,胡行方,高濂;液相沉积法制备氧化物薄膜[J];功能材料;2000年04期
10 张永彬,赵景畅,莫威,吴兴惠;TiO_2薄膜的制备及光催化性能研究[J];功能材料;2001年03期
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1 秦好丽;古国榜;柳松;李金菁;;尿素为氮源制备氮掺杂二氧化钛及其光催化性[J];华南理工大学学报(自然科学版);2006年12期
2 庄惠芳;赖跃坤;李静;孙岚;林昌健;;氮掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光光电催化活性研究[J];电化学;2007年03期
3 胡红坡;赵宏生;郭子斌;;氮掺杂TiO_2光催化剂研究进展[J];材料导报;2008年02期
4 曾志超;陆颖;洪晔;吕明;吴建青;;C,N,S-掺杂二氧化钛粉体的制备及其可见光光催化性能[J];中国陶瓷;2009年11期
5 刘欣;唐振方;朱汉明;;阴离子掺杂型TiO_2可见光活性研究进展[J];化工新型材料;2006年09期
6 戈磊;崔立山;;新型可见光活性氧化钯/钒酸铋复合光催化剂的制备及其光催化性能[J];硅酸盐学报;2008年03期
7 谢丹;彭绍琴;李越湘;;可见光活性CdS-SiO_2的制备及性能[J];有色金属(冶炼部分);2008年04期
8 宁海水;丁新更;申乾宏;高基伟;杨辉;;三乙胺掺杂TiO_2的常温制备及耐久性研究[J];陶瓷学报;2008年04期
9 徐杰;鄂磊;康艳茹;;ZnFe_2O_4/TiO_2薄膜的制备及其可见光活性的研究[J];天津科技;2010年01期
10 肖逸帆;柳松;张连军;陈安琪;;TiCl_4为原料掺碳二氧化钛的可见光催化活性[J];化工进展;2011年03期
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1 李丹峰;;高可见光活性复合膜在偶氮类染料刚果红降解反应中的应用[A];中国化学会第四届全国多酸化学学术研讨会论文摘要集[C];2011年
2 龙明策;陈超;蒋晶晶;蔡伟民;;碳改性TiO_2表面结构和组成对可见光活性的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
3 侯廷红;毛健;涂铭旌;王彬;杨玲;张小丽;;纳米TiO_2光催化剂可见光活性研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
4 田凤惠;张东菊;刘成卜;江元生;;S-掺杂TiO_2可见光活性的理论研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
5 蔡苏彦;孙琼;毕冬琴;许宜铭;;金属酞菁修饰的LDHs催化剂的可见光活性研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
6 刘海津;刘国光;张楠;汪应灵;李通;王刚;;CuO/TiO_2纳米管阵列的制备、表征及可见光活性[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
7 邢明阳;张金龙;陈锋;;表面吸附铁离子的氮掺杂TiO_2的制备及还原再氧化处理后的光催化活性研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
8 刘鑫;刘福田;张宁;王冬至;;可见光活性纳米TiO_2光触媒研究进展[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2005学术年会论文专辑[C];2005年
9 赵莲花;梁国栋;武伦鹏;;S掺杂TiO_2薄膜可见光催化剂的制备及其活性[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
10 方艳芬;杨静;邓安平;黄应平;;新型可见光催化剂BiOBr降解微囊藻毒素-LR的研究[A];中国化学会第27届学术年会第02分会场摘要集[C];2010年
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1 马云飞;非金属与稀土共掺杂高可见光活性二氧化钛的研究[D];华东理工大学;2012年
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3 葛素香;新型半导体光催化剂的低温制备及其可见光光催化性能调控[D];华中师范大学;2012年
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6 鄂磊;可见光活性TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能的研究[D];天津大学;2005年
7 储金宇;可见光光催化剂制备、表征及光催化效果研究[D];江苏大学;2011年
8 邹巍巍;有机物表面修饰二氧化钛光催化剂的制备、表征和应用[D];华东理工大学;2011年
9 张军;复合金属硫化物光催化剂的制备及其可见光活性研究[D];武汉理工大学;2010年
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1 向全军;掺杂二氧化钛光催化剂的制备、表征及可见光光催化性能[D];武汉理工大学;2010年
2 孙婉婷;高可见光活性的Fe_2O_3基光催化材料的合成及其机制研究[D];黑龙江大学;2013年
3 王磊;类钨青铜纳米材料的制备及在可见光光催化领域的研究[D];山东师范大学;2011年
4 刘影;TiO_2-贵金属等离子共振光催化剂的制备及其可见光下降解苯酚的性能[D];大连理工大学;2012年
5 李杰;非金属元素掺杂二氧化钛的制备及可见光下降解有机染料的研究[D];内蒙古大学;2010年
6 贾丽;N-掺杂石墨烯/CdS纳米复合物可见光下光解水制氢[D];中国科学技术大学;2011年
7 赵叶;燃烧法合成无定形氧化铝基纳米材料及其可见光催化活性研究[D];河北科技大学;2013年
8 聂煜瑶;新型铋基可见光光催化材料的改性及其可见光光催化降解活性深蓝K-R的性能研究[D];华中科技大学;2013年
9 许华;低温软化学方法合成纳米二氧化钛及其可见光光催化性能研究[D];华中师范大学;2010年
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