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纳米二氧化钛薄膜材料制备及光催化性能研究

徐克涛  
【摘要】:Ti02半导体材料以其效率高、无毒、化学稳定性好等优点逐渐成为一种重要的光催化剂。在水净化实际应用方面,固定化二氧化钛薄膜因解决了悬浮态光催化剂难以分离回收等问题而倍受广泛的关注。本文采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术制备了Ti02薄膜,并对其光催化性能进行了研究。主要研究内容和结论如下: (1)以钛酸异丙酯,无水乙醇,去离子水,乙酰丙酮,吐温20为原料制备含钛的溶胶,其中吐温20是一种表面活化剂,用来对Ti02薄膜改性。利用XRD、SEM、UV-Vis、 BET对薄膜的性能进行了表征。分析Ti02薄膜制备过程中加水量、反应温度、镀膜次数、提拉速度、pH值以及热处理温度等重要因素对薄膜结构和光催化性能的影响。结果表明:在酸性溶胶,水与钛酸异丙酯的摩尔比例为7:1,反应温度为20℃,提拉速度为1.33mm·s-1的条件下制备的Ti02薄膜具有良好的透光性,吸收紫外线能力强,二氧化钛颗粒均匀致密的附着在玻璃基体表面。 (2)以亚甲基蓝溶液为污染物模型,对Ti02薄膜的光催化性能进行了研究。分析一些重要的因素对光催化性能的影响,并与粉状Ti02颗粒光催化性能进行了对比,同时分析了薄膜的稳定性。结论如下:加入吐温20后能够明显提高Ti02薄膜光催化效率;催化剂量增大、水量增多以及镀膜次数增加均能提高光催化效率且存在最佳值;亚甲基蓝的降解率随焙烧温度的升高先增大后减小,最佳温度为450℃;TiO2薄膜的光催化效率要低于TiO2粉末,并且紫外光条件下的降解率高于可见光;亚甲基蓝溶液的降解率随初始浓度升高而降低,并且Ti02薄膜的光催化稳定性较好。 (3)TiO2薄膜光催化降解亚甲基蓝动力学研究和分析。结论如下:增加催化剂量有助于提高亚甲基蓝的光催化速率,直到出现最优的催化剂量;光催化速率常数随着溶液初始浓度的增大而减小;溶液的pH值是影响光催化反应速率的重要因素,在反应液中加入浓硝酸或者氨水可以增强反应速率;反应速率常数随着去离子水量增加而增大;实验中最高的反应速率常数,对应着热处理温度最佳值(450℃);纳米Ti02薄膜光催化降解亚甲基蓝溶液的反应均符合Langmuir-Hinshelwood (L-H)动力学模型,且光催化氧化过程为一级反应。


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