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纳米二氧化钛光催化剂的制备

孔祥银  
【摘要】: 纳米TiO_2作为优秀的绿色环保型光催化剂,因其能广泛地利用天然能源-太阳能,并具有光催化活性高、化学性质稳定、安全无毒等突出特点而日益受到人们的重视,具有广阔的应用前景。 目前人们对TiO_2半导体光催化剂的研究越来越普遍。本文结合现有制备TiO_2光催化剂的方法,以四氯化钛为原料,氨水为中和剂,采用控制水解法和一般水解法两种方法制备了纳米TiO_2。通过X-射线衍射(XRD)分析、透射电子显微镜(TEM)分析及紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等分析手段对其晶型和形貌做了表征,并以甲基橙溶液的光催化降解情况为模型反应,探讨了体系pH值、温度、反应物配比等因素对TiO_2光催化活性的影响。结果表明:两种制备方法下得到的产品晶型都是锐钛矿型;采用控制水解法制备的产品,颗粒均匀,粒度分布窄,团聚现象较轻,光催化活性高,工业化潜能大;而采用一般水解法制备的产品,形状不太规则,团聚现象较严重,光催化活性相对较差。 在催化剂的改性方面,本文采用溶液插层法,并结合超声波处理技术不经高温煅烧处理制备出了聚氯乙烯(PVC)/TiO_2复合型光催化剂。通过透射电子显微镜(TEM)分析及紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等分析手段对产品的性能做了表征。并讨论了PVC的掺杂量、高分子表面活性剂的添加量等因素对该复合型光催化剂催化活性的影响。结果显示,该复合催化剂能吸收从紫外到可见的全程光波,在自然光下便可发挥优良的光催化性能,其光催化活性要明显优于纯纳米TiO_2和聚氯乙烯。 从工业化的角度考虑,其研究结果对于提高纳米TiO_2产品的质量、降低生产成本和优化工艺路线等都具有重要的指导意义。我们相信,在不远的将来,半导体光催化技术在光能尤其是太阳能的利用及有机污染物的处理方面必定会为人类带来福音。


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