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纳米结构TiO_2的组装方法及其催化性能的研究

张雪红  
【摘要】: 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应用于光催化降解有机污染物领域有着良好的性能,因而已成为目前应用最广泛的材料之一。 目前,对纳米二氧化钛的研究主要集中在纳米粉体、薄膜的制备以及在光催化领域的应用等,但是由于纳米粉体不宜回收、分离,而所制得的薄膜重复利用性能较差,致使距大规模应用有一定的距离。本论文的出发点是应用溶胶-凝胶技术与逐层自组装法相结合,将纳米TiO_2组装在SiO_2载体上,来制备纳米结构二氧化钛,并对其合成方法、组成-结构-性能关系进行了较为系统地研究,以期利用较简单的仪器设备和工艺流程制得成本低廉、性能优异的制品。主要包括以下几个方面的工作: 一、利用溶胶-凝胶技术与自组装技术,以钛酸四丁酯作为原料,无水乙醇为溶剂,十二烷基硫酸钠水溶液为有机单层膜的自组装体系,成功地在直径为0.5-1.0mm的二氧化硅玻璃球表面组装了不同层数、不同含量的纳米二氧化钛。并通过SO_4~(2-)/TiO_2/SiO_2固体超强酸作为催化剂在乙酸丁醇的酯化反应中的催化作用研究了纳米结构TiO_2的催化性能。结果表明:纳米结构TiO_2结构致密、重复利用性能良好。 二、利用溶胶-凝胶技术与自组装技术,以廉价的四氯化钛为原料,无水乙醇作为溶剂,十二烷基硫酸钠水溶液作为有机单层膜的自组装体系,成功地在直径为0.5-1.0mm的二氧化硅玻璃球表面组装了不同层数、不同含量的纳米二氧化钛。研究了体系含水量、四氯化钛浓度(即乙醇含量)及反应条件(超声和磁力搅拌)对样品中二氧化钛含量的影响等。 三、利用溶胶-凝胶技术与自组装技术,以廉价的四氯化钛为原料, 河北师范大学纳米技术研究所108室 盐酸为溶剂,十二烷基硫酸钠水溶液作为有机单层膜的自组装体系,同 样在直径为0.5一1 .Omm的二氧化硅玻璃球表面组装了不同层数、不同含 量的纳米二氧化钦。利用国标法标定研究了组装次数与二氧化钦质量百 分含量的关系。并研究了体系盐酸浓度对样品中二氧化钦含量的影响。 四、对以上所制得的样品均进行了XRD、SEM、X射线能谱、IR、国 标法标定等表征,研究结果表明:①载体表面的纳米二氧化钦的晶型与 原料、反应条件、锻烧温度等有关;②载体表面负载的二氧化钦为球形 颗粒,粒径30一6Onm,并且结构均匀、致密,;③随着组装次数的增加, 二氧化钦的质量百分含量基本呈线性增加;④随着组装次数的增加,载 体表面趋于更加均匀、致密、连续,二氧化钦粒径减小。 五、研究了纳米结构二氧化钦在不同条件降解苯酚样品的光催化活 性。结果表明:纳米结构二氧化钦样品的晶型结构、二氧化钦的质量百 分含量、组装次数及苯酚起始浓度等与样品光催化性能密切相关。


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