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纳米二氧化钛的复合改性及其光催化性能的研究

作　者: 杨微
导　师: 唐洪波
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 纳米TiO2 表面改性 甲基丙烯酸甲酯 硝酸镧 光催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


纳米TiO2是重要的无机功能材料,它有着广泛的应用领域。但因为纳米TiO2粒子的比表面积很大,并且配位严重的不足,从而表现出超强的表面活性,使其很容易团聚在一起。未经过表面处理的纳米TiO2颗粒表面还具有亲水性,不能均匀地分散在有机基质中,大大降低了纳米TiO2的实际应用效果。本文以纳米TiO2为原料,分别以甲基丙烯酸甲酯、硝酸镧作为改性剂,研究了纳米TiO2的单一改性和复合改性。通过亲油化度、表面羟基数和光催化性能的测定来表征纳米TiO2的改性效果。对亲油化度的研究表明,复合改性对纳米TiO2亲油化度的增加效果最好。复合改性的较佳工艺条件为：甲基丙烯酸甲酯用量为纳米TiO2质量的44.1%,反应温度8.0℃,反应时间60min,硝酸镧用量为纳米TiO2质量的2.3%,热处理温度500℃,热处理时间5h。对表面羟基数的研究表明,复合改性剂的改性效果要好于单一改性剂的改性效果。复合改性的较佳工艺条件为：甲基丙烯酸甲酯用量为纳米TiO2质量的44.1%,反应温度80℃,反应时间60min,硝酸镧用量为纳米TiO2质量的2.3%,热处理温度500℃,热处理时间5h。对光催化性能的研究表明,复合改性的光催化性能要好于单一改性的光催化性能。复合改性的较佳工艺条件为：甲基丙烯酸甲酯用量为纳米TiO2质量的44.1%,反应温度80℃,反应时间60min,硝酸镧用量为纳米TiO2质量的2.3%,热处理温度500℃,热处理时间5h,光催化时间120min。红外光谱测试表明,单一改性后纳米TiO2表面上部分羟基被有机基团所取代,并且进行复合改性后,有机基团仍然存在；SEM测试表明,改性后的纳米TiO2比改性前的纳米TiO2的团聚现象减弱,颗粒粒径分布均匀；XRD表明掺杂的镧离子已经进入纳米TiO2晶格中。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 纳米材料与纳米技术  11
  1.2 纳米TiO_2的结构和表面改性的意义  11-13
    1.2.1 纳米TiO_2的结构  11-12
    1.2.2 纳米TiO_2表面改性意义  12-13
  1.3 纳米TiO_2的光催化  13-16
    1.3.1 纳米TiO_2的光催化反应机理  13
    1.3.2 纳米TiO_2的光催化性能改进  13-14
    1.3.3 纳米TiO_2光催化技术的应用  14-16
第二章 实验  16-23
  2.1 原料与试剂  16
  2.2 设备与仪器  16-17
  2.3 改性纳米TiO_2的制备  17-18
    2.3.1 甲基丙烯酸甲酯改性纳米TiO_2的制备  17
    2.3.2 硝酸镧改性纳米TiO_2的制备  17-18
    2.3.3 复合改性纳米TiO_2的制备  18
  2.4 改性机理  18-20
    2.4.1 甲基丙烯酸甲酯包覆纳米TiO_2机理  18-19
    2.4.2 La~(3+)改性纳米TiO_2机理  19
    2.4.3 纳米TiO_2光催化反应原理  19-20
  2.5 分析与测试  20-23
    2.5.1 亲油化度值测定  20
    2.5.2 羟基数测定  20-21
    2.5.3 光催化性能  21
    2.5.4 SEM表征  21
    2.5.5 红外光谱表征  21
    2.5.6 XRD表征  21
    2.5.7 含水量测定  21-23
第三章 结果与分析  23-51
  3.1 亲油化度表征纳米TiO_2改性  23-30
    3.1.1 改性剂种类对纳米TiO_2亲油化度的影响  23-24
    3.1.2 甲基丙烯酸甲酯用量对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  24
    3.1.3 反应温度对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  24-25
    3.1.4 反应时间对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  25-26
    3.1.5 硝酸镧用量对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  26-27
    3.1.6 热处理温度对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  27-28
    3.1.7 热处理时间对复合改性纳米TiO_2亲油化度的影响  28-29
    3.1.8 亲油化度表征小结  29-30
  3.2 表面羟基数表征纳米TiO_2改性  30-37
    3.2.1 改性剂种类对纳米TiO_2表面羟基数的影响  30
    3.2.2 甲基丙烯酸甲酯用量对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  30-31
    3.2.3 反应温度对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  31-32
    3.2.4 反应时间对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  32-33
    3.2.5 硝酸镧用量对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  33-34
    3.2.6 热处理温度对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  34-35
    3.2.7 热处理时间对复合改性纳米TiO_2表面羟基数的影响  35-36
    3.2.8 表面羟基数表征小结  36-37
  3.3 光催化表征纳米TiO_2改性  37-45
    3.3.1 改性剂种类对纳米TiO_2光催化性能的影响  37
    3.3.2 甲基丙烯酸甲酯用量对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  37-38
    3.3.3 反应温度对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  38-39
    3.3.4 反应时间对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  39-40
    3.3.5 硝酸镧用量对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  40-41
    3.3.6 热处理温度对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  41-42
    3.3.7 热处理时间对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  42-43
    3.3.8 光催化时间对复合改性纳米TiO_2光催化性能的影响  43-44
    3.3.9 光催化表征小结  44-45
  3.4 SEM表征  45-46
  3.5 红外光谱表征  46-48
  3.6 XRD表征  48-50
  3.7 含水量测定  50-51
第四章 结论  51-53
参考文献  53-56
在学研究成果  56-57
致谢  57

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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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