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纳米复合TiO_2的制备及其性能研究

作　者: 于永洲
导　师: 刘宏英；杨毅
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SiO2 TiO2 纳米复合粒子 纳米复合薄膜 光催化 甲基橙废水
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 153次
引　用: 3次
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内容摘要


本文以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料，采用溶胶凝胶法制备出了纳米TiO2-SiO2复合光催化剂。研究了热处理温度、时间、反应物配比和醋酸的加入量等因素对复合催化剂结构和性质的影响，并通过XRD、SEM等手段进行表征。结果表明：合成的复合催化剂中TiO2粒径为12.3nm左右，比表面积为185.32m2／g。利用光催化降解甲基橙的实验研究了纳米TiO2-SiO2复合粒子的光催化活性，光催化甲基橙反应3h后的降解率达到88.3％。在溶胶凝胶法制备纳米复合TiO2粒子基础上，以石英玻璃为基板制备出纳米TiO2-SiO2复合薄膜，并采用程序升温对薄膜进行了热处理，研究了升温速率、热处理温度、前驱物配比等对复合薄膜的结构和性能的影响。采用XRD、金相显微镜等手段对复合薄膜进行表征，结果发现纳米复合薄膜具有良好的热稳定性。光催化降解甲基橙实验发现，纳米复合薄膜的光催化活性低于纳米TiO2-SiO2复合粒子，但明显高于纯纳米TiO2粒子。光催化反应3h后，纳米复合薄膜对甲基橙的降解率可达到82.1％。同时，对纳米复合薄膜和纳米复合粒子进行重复性实验发现，与复合粒子相比，TiO2-SiO2复合薄膜具有更加稳定的催化效率。在使用12次后，纳米复合粒子的催化效率由88.3％降低到73.2％，而纳米复合薄膜的催化效率仅由82.1％降低到79.8％。初步认为是，将催化剂制成薄膜后，不存在催化剂粒子间的遮蔽问题，可以有效提高光源的利用率，从而提高光催化活性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 光催化材料概述  8
  1.2 TiO_2光催化材料  8-11
    1.2.1 TiO_2光催化材料简介  8-9
    1.2.2 TiO_2光催化机理  9-10
    1.2.3 纳米TiO_2制备方法  10-11
    1.2.4 TiO_2光催化材料研究现状  11
  1.3 纳米复合TiO_2光催化材料  11-13
    1.3.1 纳米复合TiO_2材料简介  11
    1.3.2 纳米复合TiO_2材料的合成  11-13
    1.3.3 TiO_2复合粉体的研究现状  13
  1.4 纳米复合TiO_2薄膜  13-15
    1.4.1 纳米复合TiO_2薄膜简介  13
    1.4.2 纳米复合TiO_2薄膜制备方法  13-14
    1.4.3 纳米复合TiO_2薄膜研究现状  14-15
  1.5 本论文的选题意义及主要内容  15-17
    1.5.1 本论文选题意义  15-16
    1.5.2 本论文主要内容  16-17
2 纳米TiO_2复合粒子的制备及其表征  17-38
  2.1 实验部分  17-20
    2.1.1 实验原料  17
    2.1.2 实验设备  17-18
    2.1.3 实验过程  18-19
    2.1.4 表征手段  19-20
  2.2 制备方法对复合材料结构的影响  20-25
    2.2.1 X射线衍射分析  20-23
    2.2.2 结合牢固度  23-25
  2.3 结果与讨论  25-36
    2.3.1 热处理温度的影响  26-29
    2.3.2 热处理时间的影响  29-30
    2.3.3 硅钛比的影响  30-32
    2.3.4 水加入量的影响  32-33
    2.3.5 醋酸加入量的影响  33-35
    2.3.6 最佳结果表征  35-36
  2.4 本章小结  36-38
3 纳米TiO_2-SiO_2复合薄膜的制备与表征  38-48
  3.1 实验部分  38-40
    3.1.1 实验原料及实验设备  38-39
    3.1.2 实验过程  39
    3.1.3 复合薄膜的表征  39-40
  3.2 结果与讨论  40-47
    3.2.1 溶胶配比对膜层开裂的影响  40-41
    3.2.2 热处理升温速率对薄膜开裂的影响  41-44
    3.2.3 醋酸的用量对薄膜开裂的影响  44-45
    3.2.4 升温速率对薄膜中有机物炭化的影响  45-46
    3.2.5 热处理时间对薄膜中TiO_2晶型的影响  46-47
  3.3 本章小节  47-48
4 纳米TiO_2复合催化剂光催化性能的研究  48-68
  4.1 目标反应物的选择  48
  4.2 光催化降解实验  48-50
    4.2.1 实验试剂及仪器  48-49
    4.2.2 甲基橙溶液标准曲线的绘制  49
    4.2.3 实验方法  49-50
  4.3 结果与讨论  50-63
    4.3.1 空白实验  50-51
    4.3.2 催化剂添加量对光催化性能的影响  51-53
    4.3.3 催化剂对不同浓度甲基橙溶液的降解性能  53-56
    4.3.4 制备条件对纳米TiO_2-SiO_2复合粒子光催化性能的影响  56-60
    4.3.5 制备条件对纳米TiO_2-SiO_2复合薄膜光催化性能的影响  60-63
  4.4 纳米复合粒子与纳米复合薄膜、纯纳米TiO_2粉体性能的对比  63-66
    4.4.1 光催化活性对比  63-64
    4.4.2 可重复性对比  64-65
    4.4.3 吸附特性及孔结构对比  65-66
  4.5 本章小结  66-68
5 结论  68-70
  5.1 本文结论  68
  5.2 本课题的发展趋势及进一步研究建议  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-76
作者课题期间发表的论文  76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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