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高效光催化剂纳米氧化钛的制备及应用研究

周光红  
【摘要】:纳米氧化钛作为一种新型的光催化剂,目前在环境污染治理、废水处理、有机合成以及农药降解等领域获得了的应用。本研究的主要内容是纳米氧化钛在农药降解中的应用。本研究采用了多种方法制备纳米氧化钛,借助SEM,FT-IR,UV-Vis,XRD以及激光粒度仪对各种方法制备的纳米氧化钛样品进行了研究和表征。研究发现以TiCl_4为原料采取控制水解法制备的纳米氧化钛溶胶的稳定性好,胶粒为球状,粒度在10~30nm之间且分布均匀。采用甲基橙和甲酚红为研究对象对氧化钛溶胶的光催化活性进行评估。在紫外光照射下氧化钛用量为1g/L可在180分钟内将浓度为20mg/L的甲基橙完全降解。另外还讨论了掺杂对纳米TiO_2的影响,其中以1atm%的Fe~(3+)离子时复合纳米TiO_2/Fe_2O_3胶体的光催化活性最佳。 首次用压电石英晶体微天平(QCM)对物质在TiO_2的表面吸附行为进行分析。TiO_2表面为亲水性强,对强极性有机气体吸附量比较大。经过硅油表面改性后,TiO_2对弱极性有机气体吸附能力得到大大的提高。在液相中TiO_2对金属离子有选择性吸附,Ag~+和Fe~(3+)在TiO_2表面的吸附量很大,可达7.96mmol/g TiO_2。另外以甲基橙为研究对象,采用QCM技术对其光降解过程进行研究。实验表明,甲基橙的光降解过程符合动力学准一级反应方程。 对纳米TiO_2农药复合制剂进行了研究。分别采用TiO_2粉末直接混合以及原位直接法制备复合纳米TiO_2农药。并对其光降解性和生物毒性进行实验。实验表明复合纳米TiO_2农药比原农药的光降解性强很多,在植物体内的残留期大大的缩短,且生物毒性也提高到原农药的1.68倍。


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