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负载型纳米TiO_2复合光催化剂的合成及应用研究

陈金媛  
【摘要】:有机废水的半导体光催化氧化技术是一项价廉而环境友好的技术,在水处理领域的应用前景诱人。该技术要走向实用化,需解决活性组份与载体间存在的负载不牢固、活性组份活性下降、负载方法难于产业化等障碍。本研究选用一些新颖的、物化特性各异的多孔、大比表面积的材料,展开负载方法、载体与活性组份间相互作用、活性组份/载体复合物光降解性能研究,试图在纳米半导体光催化活性组份与各种不同性质载体间相互作用机理和该技术走向实用化方面有新的突破。研究取得了以下一些新的结果。 天然蒙脱石及有机蒙脱石载体: 以具有纳米板块的天然蒙脱石及对有机物有强烈吸附作用的有机蒙脱石作为载体,分别用TiO_2焦硫酸钾熔融/浸渍法和TiCl_4明胶溶液/酸性溶胶法,在强酸性条件下,把一定量的二氧化钛负载到这两种载体上。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析表明,负载活性组份后,并未有单独的TiO_2晶相峰出现,天然蒙脱石15.5(?)的d001衍射峰移至29.4(?),有机蒙脱石特有的d001衍射峰未实现峰值移动。这些结果表明,钛水合离子通过交换进入了天然蒙脱石层间,但未能进入有机化蒙脱石层间,活性组份TiO_2以非晶形态分布在蒙脱石表面。电镜观察证明,蒙脱石表面除布满TiO_2细微颗粒外,层片变薄。这些结果充分表明,活性组份TiO_2与蒙脱石表面存在强相互作用,阻碍了TiO_2的晶化。 这两种TiO_2/载体复合物的活性艳红染料光催化降解模拟试验表明,在中性和微酸性环境,降解率高达93.6%以上,高于单一TiO_2试剂(48.2%)。而对有机物有强烈吸附功能的有机化蒙脱石,可能与它能把有机物通过吸附浓缩有关,降解率更胜一筹(99.6%)。它的憎水特征,还使它易于回收和重复使用。 纳米磁性氧化铁载体: Fe_3O_4与TiO_2同属过渡金属氧化物,物性相近,相互间易于共容。采用钛酸丁酯为原料的改性酸性溶胶法和Ti(SO_4)_2为原料的弱酸性条件下的均匀沉淀法,制备TiO_2均匀分散包围在Fe_3O_4表面的核壳式磁性纳米TiO_2/Fe_3O_4复合体。XRD和TEM分析表明,晶型为锐钛矿型,其晶粒尺寸视制备条件在2.4~3.6nm之间,复合体颗粒平均尺寸分别为35~50nm与60~80nm,沉淀法颗粒较酸性


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