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网络状纳米TiO_2及其复合物的制备与应用研究

作　者: 辛玲
导　师: 邓建成
学　校: 湘潭大学
专　业: 应用化学
关键词: 模板法网络状纳米TiO2 网络状Ag/TiO2纳米复合物光催化降解光催化动力学
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

纳米二氧化钛具有低能耗、无选择性降解、化学性质和物理性质稳定、生物无毒性、低成本等优异特性,近乎为一种理想的光催化剂,广泛的应用于空气净化、水净化、抗菌等领域。本论文本论文致力于提高纳米二氧化钛的光催化性能与解决其光催化后回收难问题,主要进行了如下研究工作：(1)以钛酸丁酯为钛源,三氯甲烷为溶剂,聚乳酸为模板制备出宏观为网络状,微观为纳米颗粒的二氧化钛,最佳制备条件：钛酸丁酯与聚乳酸质量比为1:10,煅烧温度为700℃,煅烧时间为4.5 h。研究了该产品对甲基橙、亚甲基蓝和甲基红的光催化降解性能,结果表明该产品对甲基橙、亚甲基蓝和甲基红均有较好的光催化降解活性,其中对亚甲基蓝的光催化降解性能最佳。并尝试了光催化后网络状纳米二氧化钛的回收。(2)以钛酸丁酯、聚乳酸为原料,三氯甲烷为溶剂,于氮气保护中,根据钛酸丁酯与聚乳酸质量比的不同,在700℃下煅烧4.5 h得到一系列炭/二氧化钛复合物。通过产品对亚甲基蓝的光催化性能测试表明,此类复合物对亚甲基蓝的降解表现出一定的光催化性能,且随着钛酸丁酯与聚乳酸质量比的增加,样品的光催化降解性能逐渐提升。(3)以聚乳酸为模板,钛酸丁酯为钛源,硝酸银为银源,三氯甲烷和无水乙醇为溶剂,通过模板法制备出一系列不同摩尔比的网络状银/二氧化钛纳米复合材料。对亚甲基蓝的光催化性能测试表明,当硝酸银与钛酸丁酯摩尔比为3:100时得到的银/二氧化钛纳米复合材料的光催化活性最佳。(4)研究了网络状纳米二氧化钛的晶粒生长动力学,结果表明,锐钛矿相晶粒生长动力学以650℃为界,低于650℃时晶粒生长活化能为68.41 KJ/mol,高于650℃时其值为262.71 KJ/mol；金红石相晶粒生长活化能为105.09 KJ/mol。此外,研究了该产品对甲基橙和亚甲基蓝的光催化降解的动力学,结果表明,者均符合Langmiur-Hinshelwood动力学模型,表观一阶速率常数分别为0.0054min-1和0.0377 min-1,降解半衰期分别为128.36 min和18.39 min。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 纳米二氧化钛发展背景概述  9-10
  1.2 纳米二氧化钛的特性  10-11
  1.3 纳米二氧化钛的光催化原理  11-12
  1.4 纳米二氧化钛的制备  12-15
    1.4.1 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)  12
    1.4.2 水热/溶剂热法  12-13
    1.4.3 水解法  13
    1.4.4 沉淀法  13
    1.4.5 微乳液法  13-14
    1.4.6 化学气相沉积法(CVD)  14
    1.4.7 模板法  14-15
  1.5 纳米二氧化钛光催化剂的改性  15-19
    1.5.1 贵金属沉积  15-16
    1.5.2 离子掺杂  16-18
    1.5.3 染料敏化掺杂  18
    1.5.4 半导体耦合  18-19
  1.6 纳米二氧化钛的应用  19-21
    1.6.1 自清洁应用  19-20
    1.6.2 水净化应用  20
    1.6.3 空气净化应用  20
    1.6.4 自抗菌功能应用  20-21
    1.6.5 防雾应用  21
    1.6.6 防腐应用  21
  1.7 本课题的目的、意义及研究内容  21-22
  1.8 本课题的创新之处  22-23
第2章试验方法及测试原理  23-28
  2.1 主要试剂及仪器设备  23-24
    2.1.1 主要试剂  23
    2.1.2 主要仪器  23-24
  2.2 材料的结构、形貌分析及表征  24-26
    2.2.1 红外光谱分析(IR)  24
    2.2.2 X射线粉末衍射分析(XRD)  24-25
    2.2.3 扫描电镜分析(SEM)  25
    2.2.4 X射线能谱分析(EDS)  25-26
    2.2.5 透射电镜分析(TEM)  26
    2.2.6 孔结构和比表面分析  26
  2.3 二氧化钛及复合物的光催化性能测试  26-28
    2.3.1 有机物染料简介  26-27
    2.3.2 光催化降解测试  27-28
第3章网络状纳米二氧化钛的制备  28-39
  3.1 网络状纳米二氧化钛制备的基本原理  28
  3.2 实验部分  28-29
    3.2.1 实验药品和仪器  28
    3.2.2 网络状纳米TiO_2的制备  28-29
    3.2.3 网络状纳米TiO_2光催化性能测试及回收实验  29
  3.3 结果与讨论  29-37
    3.3.1 网络状纳米TiO_2的比表面与孔径分布分析  29-30
    3.3.2 网络状纳米TiO_2的红外光谱分析  30-31
    3.3.3 网络状纳米TiO_2的X射线粉末衍射分析  31-32
    3.3.4 网络状纳米TiO_2的宏观形貌分析  32-34
    3.3.5 网络状纳米TiO_2的扫描电镜分析  34-35
    3.3.6 网络状纳米TiO_2的透射电镜分析  35-36
    3.3.7 网络状纳米TiO_2的光催化性能分析  36-37
  3.4 本章小结  37-39
第4章炭/纳米二氧化钛的复合物的制备  39-46
  4.1 炭/纳米二氧化钛复合材料制备的基本原理  39
  4.2 实验部分  39-40
    4.2.1 实验药品和仪器  39
    4.2.2 炭/纳米二氧化钛复合材料的制备  39
    4.2.3 炭/纳米二氧化钛复合材料的光催化性能测试  39-40
  4.3 结果与讨论  40-45
    4.3.1 炭/纳米二氧化钛复合材料(C/TiO_2)红外光谱分析  40
    4.3.2 C/TiO_2复合材料的X射线粉末衍射分析  40-41
    4.3.3 C/TiO_2复合材料的宏观形貌分析  41-42
    4.3.4 C/TiO_2复合材料的扫描电镜分析  42-43
    4.3.5 C/TiO_2复合材料的X射线能谱分析  43-44
    4.3.6 C/TiO_2复合材料的光催化性能分析  44-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章网络状的银/二氧化钛复合纳米材料的制备  46-56
  5.1 引言  46
  5.2 网络状银/二氧化钛复合纳米材料的制备原理  46
  5.3 实验部分  46-47
    5.3.1 实验药品和仪器  46
    5.3.2 网络状的银/二氧化钛复合纳米材料的制备  46-47
    5.3.3 网络状银/二氧化钛复合纳米材料的光催化性能测试  47
  5.4 结果与讨论  47-55
    5.4.1 网络状银二氧化钛(Ag/TiO_2)复合纳米材料的红外光谱分析  47-48
    5.4.2 Ag/TiO_2复合纳米材料的X射线粉末衍射分析  48
    5.4.3 Ag/TiO_2复合纳米材料的宏观形貌分析  48-49
    5.4.4 Ag/TiO_2复合纳米材料的扫描电镜分析  49-50
    5.4.5 Ag/TiO_2复合纳米材料的X射线能谱分析  50-53
    5.4.6 Ag/TiO_2复合纳米材料的透射电镜分析  53-54
    5.4.7 Ag/TiO_2复合纳米材料的光催化性能分析  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章网络状纳米二氧化钛的动力学及催化动力学研究  56-61
  6.1 网络状纳米TiO_2的晶粒生长动力学研究  56-59
    6.1.1 锐钛矿晶粒生长动力学  56-58
    6.1.2 金红石晶粒生长动力学  58-59
  6.2 网络状纳米TiO_2的催化动力学研究  59-60
  6.3 本章小结  60-61
结论与展望  61-62
参考文献  62-69
致谢  69-70
在学期间发表的学术论文与研究成果  70

网络状纳米TiO_2及其复合物的制备与应用研究

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