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TiO_2基纳米光催化剂的制备及其光催化、超亲水性能的研究

刘兆阳  
【摘要】:本论文为提高纳米TiO_2的光催化和超亲水性能,分别做了如下3部分研究: (1) 采用超声化学方法合成纳米SiO_2/TiO_2复合氧化物。这是基于超声辐射下单一分布溶胶粒子的控制缩合和聚集可以形成孔径分布均匀的纳米孔结构这一设想。所制备的复合催化剂用差热-热失重分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、透射电于显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附-解吸进行了表征。用甲醛气体(HCHO)作模型有机物对它们的光催化活性做了评估。系统讨论了所制备的复合氧化物的结构和物理化学特性,以及它们和其光催化活性之间的关系;寻找出了所制备的复合催化剂具有高光催化活性的原因。 结果显示,超声化学制备的中孔复合纳米催化剂表现的光催化活性比商品光催化剂Degussa P25的活性高3倍。产生高光催化活性的原因是:Si、Ti元素的紧密结合使TiO_2催化剂出现新的物理化学和结构特性,如,均匀的中孔结构、高的比表面积、晶粒尺寸的量子化和对反应物的高吸收率。超声化学制备方法明显提高催化剂的光催化活性。Si/Ti质量比为10%时复合催化剂达到其最高光催化活性。 (2) 制备出三维网状阵列有序TiO_2纳米纤维膜,实现了对TiO_2纳米纤维直径和长度的有效控制以及TiO_2纳米纤维的定向生长。并对有序TiO_2纳米纤维膜表面用分子组装法修饰了SiO_2薄层,进行表面润湿性改性。系统地探讨了TiO_2纳米纤维膜的光催化净化空气污染物性能及超亲水性能。 结果显示:在光催化氧化表面吸附的空气有机污染物速率方面,具有纳米纤维结构的TiO_2膜比平整表面的TiO_2膜快8倍。这主要是由于纳米纤维结构具有大的孔隙率和比表面积,利于增加反应面积和对紫外光的利用。纳米纤维结构的TiO_2膜在没有紫外光的黑暗中亲水性保持时间是普通平面TiO_2膜的2倍,这主要是其粗糙表面的三维毛细管作用引起的;SiO_2修饰的TiO_2纳米纤维薄膜可有效提高薄膜的超亲水效果,在无紫外光照射下,其亲水性保持时间更长,这主要是由于SiO_2材料容易在表面形成较厚的物理吸附水层,使薄膜在停止光照后可保持较长时间的亲水性。 (3) 利用溶胶-凝胶法制备了玻璃纤维布负载的纳米TiO_2光催化膜。系统 大连理工大学博士论文 研究了载体与TIO:膜之间的界面相互作用、及其对光催化活性的影响,从而优 化了TIO:光催化膜的光催化活性。所制备的玻璃纤维布负载的纳米TIO:光催化 膜具有大的表面积、好的空气流通性、高光透过率、柔韧性好及环境稳定性好等 优点,对甲醛污染气体有高的降解效率。该类材料在室内空气净化器等方面具有 广阔的应用前景。 关键词:超声化学;复合光催化剂;TIOZ;5102;纳米纤维膜;超亲水;玻璃纤 维布;镀膜


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