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《齐鲁工业大学》 2017年
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三维分级结构TiO_2微球的可控合成及其光催化性能研究

李世超  
【摘要】:本论文以醋酸为溶剂,钛酸四丁酯(TBT)为钛源,三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)为稳定剂和结构导向剂,通过简单的溶剂热法成功制备了形貌可控的具有分级结构的钛酸微球。随后通过将钛酸微球前驱体在高温下进行煅烧,得到了为形貌可控的三维分级结构二氧化钛(TiO_2)微球。所制得的分级结构TiO_2微球由厚度约为10 nm的多晶锐钛矿型TiO_2纳米片组成,其直径约为1μm到2μm之间,且具有较大的比面积(110.3~120.5 m~2 g~(-1))和丰富的介孔结构。微球的形貌可通过调节所添加的TBT与P123之间的摩尔比来进行调控。当为较低TBT/P123摩尔比17,04时,所制得的分级结构微球由大量的纳米片组成,纳米片相互之间紧密的堆叠在一起。随着摩尔比从17.04增加至25.56时,纳米片的数量开始减少,形成了较低密度的微球。当达到较高摩尔比34.08时,得到了一种混合结构TiO_2微球,它是由具有分级结构的多晶锐钛矿型TiO_2微球和单晶锐钛矿型TiO_2介孔(约为5 nm)纳米球组成的,其中TiO_2微球的纳米片变得更加的稀疏,且直径约为200 nm介孔纳米球的粘附在纳米片的表面。通过探究性实验,观察不同条件下的钛酸盐前驱体随溶剂热时间的形貌变化,分析并提出了所制备的分级结构TiO_2微球的生长机制及P123在反应系统中的作用。结果表明,TiO_2微球的形成经历了缩合、聚集、溶解、成核、组装、生长和煅烧一系列的过程。在反应体系中,P123作为稳定剂和结构导向剂,促进了系统的稳定性和诱导了良好的分级结构的形成。所制备的样品的光催化性能通过将其应用于光催化降解亚甲基蓝和造纸废水来测定。研究了催化剂用量和水样初始pH值对降解造纸废水的影响,以及催化剂的可重复利用性。结果表明,当样品用量浓度为1.5 g L~(-1),水样初始pH为5.0时,样品光催化效果最好,造纸废水的COD_(Cr)和色度去除率最高。与市售P25相比,由于优异的结构特性,得到的分级结构TiO_2微球均展示出了优异的光催化性能、高降解效率和良好的循环稳定性。其中混合结构的TiO_2样品展示出了最优异的光催化性能,在对造纸废水光催化降解12小时后,其造纸废水的化学需氧量和色度去除率分别达到85.5%和100%。且在催化剂重复利用次数测试中,其对造纸废水的降解循环四次后其化学需氧量的去除率仍能达到65.8%。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X793;O643.36

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