纳米二氧化钛/硅藻土复合材料的制备及其光催化性能研究

摘要

进入21世纪以来，纳米科技进入了发展的关键时期并在多个领域获得了巨大成就。纳米二氧化钛具有化学稳定性、无毒无害、抗菌和良好的光催化活性的性质使它在降解有机废水和净化空气方面表现出很强的应用价值。但是，由于制备的纳米二氧化钛目前还存在分离回收困难、催化效率低的问题，限制了它的应用发展。硅藻土具有特殊多孔性构造，表面具有大量的硅羟基基团，能很好的捕获光生空穴，抑制起光催化作用的电子-空穴对的无效复合。将纳米二氧化钛负载于硅藻土表面可以充分利用硅藻土的高比表面积吸附有害物质，让纳米二氧化钛更有效地进行光降解，这样就扩大了两者的应用范围。
　　本文采用硫酸氧钛、硅藻土和氢氧化钡为原料，利用分步水解沉淀法制备出了理想的光催化复合材料。该方法流程操作简单、生产条件易控制，既可免除传统工艺中水洗无机盐的过程，同时还可消除因焙烧所导致的纳米二氧化钛颗粒团聚的问题。
　　根据研究的内容将本论文分为三大部分：
　　1.纳米二氧化钛/硅藻土复合材料的制备。本方法用以硫酸氧钛、硅藻土和氢氧化钡为原料，利用分步水解沉淀法制备所需光催化复合材料。首先，将一定量溶解的硫酸氧钛与一定量的硅藻土混匀后进行加热回流，在控制好一定温度时加入相应的沉淀剂，反应后经过滤、洗涤，再将所得滤饼放入烘箱中干燥，最终得到白色粉末状固体，即为纳米二氧化钛复合材料。利用SEM、XRD、EDS等仪器对样品进行表征，通过复合材料的光降解实验得出最佳的制备条件。经过一系列的研究对比得出：在酸性条件下回流75min，未煅烧，二氧化钛与硅藻土质量比为1:3的复合材料所具有的光催化性能最佳。
　　2.纳米二氧化钛/硅藻土复合材料降解酸性红3R的研究。用酸性红3R染料溶液作为模拟染料废水，在太阳光照射下，研究了纳米二氧化钛/硅藻土复合材料的光催化性能，同时针对染料探讨了体系各种条件对光催化效果的影响。实验过程为：配置200 mL一定浓度的酸性红3R染料倒入500mL的烧杯中，并在每个烧杯中加入一定量的复合材料，将每个烧杯放在阳光下用磁力搅拌器进行光催化实验。每隔一定时间取一次样，将取的样高速离心后测其降解率。结果发现，由于硅藻土具有的微孔结构和较大的比表面积使得复合材料的降解率比纯二氧化钛的降解率有显著的提高，当体系溶液pH=3时，光照时间越长，染料初始浓度越低，光催化效果越好。通过红外光谱测定酸性红3R染料是被复合材料中的二氧化钛分解为H2O和CO2及简单分子，而不是简单的被吸附在硅藻土上。
　　3.纳米二氧化钛/硅藻土复合材料在涂料中的应用。将自制的纳米二氧化钛-硅藻土复合材料掺入到普通的内墙涂料中，这样内墙涂料就具备了光降解功能，这对研究功能性涂料奠定了扎实基础。在实验中用复合材料替代原涂料配方中2/3固体填料时所制备的新型涂料光催化效果最好，实验结果表明，在太阳光的照射下，新型涂料对酸性红3R的降解率能达到90％以上。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 二氧化钛的结构

1.3 二氧化钛的光催化原理

1.4 纳米二氧化钛制备方法

1.5 纳米二氧化钛的研究现状与改性应用

1.6 硅藻土的性能

1.7 纳米二氧化钛-硅藻土复合材料的研究进展

1.8 本文的研究内容、目的及意义

第2章 沉淀法纳米二氧化钛-硅藻土复合材料的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第3章 纳米二氧化钛/硅藻土复合材料光催化降解酸性红3R试验研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第4章 纳米二氧化钛-硅藻土复合材料在涂料中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 光降解染料试验

4.5 结论

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的科研成果