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纳米晶TiO2纤维的制备及其光催化净水研究

作　者: 裴石光
导　师: 刘和义；刘金强
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: TiO2纤维 光催化 SiO2掺杂 水处理 X-3B
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文以TiC14为钛源,采用溶胶-凝胶法制备前驱体溶胶纺丝液,运用正交试验对前驱体纺丝液制备工艺进行优化,采用离心甩丝技术并结合水蒸汽活化热处理制备纳米晶Ti02纤维。采用FT-IR、DSC-TG、XRD、SEM、TEM等手段对前驱体纤维和TiO2纤维的结构进行表征,同时以活性艳红X-3B溶液为降解对象,对影响TiO2纤维光催化性能的因素(热处理温度、SiO2掺杂量、溶液pH值、紫外光源、循环次数等)逐一进行讨论,并结合TiO2纤维的形态优势设计了光催化反应器装置和连续水处理工艺,并对制备TiO2纤维的新工艺进行了探索研究。研究主要结果如下：一、以正交试验优化纺丝液制备工艺,成功制备了纳米晶TiO2纤维,纤维连续性好,直径为5-10μm,表面富含纳米级气孔；Si02掺杂显著抑制了晶粒的长大和TiO2晶型的转变,400℃热处理时未掺杂和掺杂15wt%SiO2的TiO2纤维晶粒大小分别约为5nm和10nm,15wt%Si02掺杂可以使金红石相转变温度从700℃提高到1000℃以上二、光催化实验结果表明,700℃热处理、15wt%SiO2掺杂时TiO2纤维的光催化活性最高,Ti02纤维在强酸(pH=2)和强碱(pH=14)条件下均表现出高的光催化性能,即使溶液浓度变化或是光源不同(紫外光或是太阳光),TiO2纤维也表现出良好的光催化活性,而且Ti02纤维具有良好的可重复使用性。同时根据TiO2纤维的形态优势,设计制作了填充式连续水处理装置,动态连续水处理表明,TiO2纤维可耐8L/min的水流,纤维的连续水处理性能良好。三、探索研究了乙酸钛体系制备TiO2纤维的新方法。该方法成本低、工艺简单,而且纤维强度较乙酰丙酮合钛(PAT)体系有所提高,但是TiO2纤维光催化活性较PAT体系有所降低。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-25
  1.1 TiO_2光催化理论  11-15
    1.1.1 TiO_2的晶体结构  11-13
    1.1.2 TiO_2光催化的机理  13-15
  1.2 TiO_2光催化技术在环保领域的应用  15-17
    1.2.1 水处理  15
    1.2.2 空气净化  15-16
    1.2.3 杀菌消毒  16
    1.2.4 超亲水性与自清洁  16-17
  1.3 影响TiO_2光催化活性的因素  17-20
    1.3.1 TiO_2的晶型  17-18
    1.3.2 TiO_2的用量  18-19
    1.3.3 反应液的pH值  19
    1.3.4 反应液温度  19-20
    1.3.5 反应液中盐类的影响  20
  1.4 TiO_2纤维的制备方法  20-21
    1.4.1 KDC法  20
    1.4.2 水热法  20-21
    1.4.3 溶胶凝胶法  21
  1.5 TiO_2光催化技术研究中的问题  21-23
    1.5.1 TiO_2应用中的问题  22
    1.5.2 TiO_2光催化效率低的问题  22-23
    1.5.3 光催化反应器设计及其产业化应用的问题  23
  1.6 论文的研究内容  23-25
2 前驱体纺丝液制备和纺丝方法研究  25-33
  2.1 实验部分  25-30
    2.1.1 实验药品与仪器  25
    2.1.2 前驱体纺丝液制备工艺优化  25-27
    2.1.3 TiO_2纤维制备工艺流程  27-30
  2.2 前驱体纺丝工艺研究  30-32
    2.2.1 纺丝工艺概述  30
    2.2.2 干法纺丝与湿法纺丝  30-31
    2.2.3 静电纺丝法  31
    2.2.4 离心纺丝  31-32
  2.3 本章小结  32-33
3 前驱体和纳米晶TiO_2纤维的表征  33-43
  3.1 表征手段  33-34
  3.2 结果与讨论  34-42
    3.2.1 前驱体纤维的FT-IR分析  34-35
    3.2.2 前驱体纤维的DSC-TG分析  35-36
    3.2.3 TiO_2纤维的SEM分析  36-37
    3.2.4 TiO_2纤维的XRD分析  37-40
    3.2.5 TiO_2纤维的TEM分析  40-42
  3.3 本章小结  42-43
4 水处理测试及光催化反应器的设计  43-55
  4.1 静态水处理测试  43-48
    4.1.1 TiO_2纤维吸附性能测试  43-44
    4.1.2 SiO_2掺杂量和热处理温度对光催化活性的影响  44-45
    4.1.3 溶液pH值对TiO_2纤维光催化降解的影响  45-46
    4.1.4 不同溶液浓度下的降解情况  46-47
    4.1.5 TiO_2纤维重复使用性能研究  47
    4.1.6 太阳光下TiO_2纤维的光催化降解  47-48
    4.1.7 X-3B光催化降解机理研究  48
  4.2 光催化反应器的设计  48-53
    4.2.1 光催化反应器概况  48-51
    4.2.2 TiO_2纤维光催化反应器设计  51-53
  4.3 本章小结  53-55
5 乙酸钛体系制备TiO_2纤维的探索  55-64
  5.1 实验部分  55-59
    5.1.1 实验药品与仪器  55
    5.1.2 方案及工艺流程  55-58
    5.1.3 表征手段  58-59
  5.2 结果与分析  59-63
    5.2.1 SEM分析  59-60
    5.2.2 XRD分析  60-61
    5.2.3 FT-IR分析  61-62
    5.2.4 DSC-TG分析  62
    5.2.5 TiO_2纤维的光催化特性  62-63
  5.3 本章小结  63-64
6 结论  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-72
附录  72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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