钒镨掺杂TiO纳米复合粉体的制备及在环保涂料中的应用

摘要

TiO<,2>光催化氧化技术因其具有能耗低、反应条件温和、操作简便、无二次污染等突出优点而日益受到重视.然而锐钛型TiO<,2>的带隙能较大(Eg=3.2eV),只有在能量较大的紫外光照射下才能表现出光催化活性,而紫外光在太阳光中所占的比例较小,使得光利用效率较低.此外,光生电子与空穴的复合几率也较高,以致于光量子产率较低.这些不利因素均使TiO<,2>光催化氧化技术在实际应用中受到限制.针对TiO<,2>光催化氧化技术存在的问题,在分析TiO<,2>光催化机理的基础上,本文采用金属离子掺杂改性TiO<,2>光催化剂,以提高光利用效率,降低光生电子与空穴的复合几率,提高光量子产率.通过理论分析确定钒离子、镨离子和钒镨离子复合作为掺杂剂.采用溶胶-凝胶法分别制备了TiO<,2>纳米粉体以及钒掺杂、镨掺杂和钒镨复合掺杂的TiO<,2>纳米复合粉体,并对所制备的TiO<,2>纳米复合粉体进行了热重-差热分析(TG-DTA)、X-射线衍射(XRD)分析、透射电子显微镜(TEM)分析和X-射线光电子能谱(XPS)分析等测试;重点考察了钒镨掺杂量、焙烧温度、焙烧时间和焙烧升温速率等制备工艺参数对掺杂TiO<,2>纳米粉体晶型结构、晶粒尺寸及光催化活性的影响.本文以自制的钒镨掺杂TiO<,2>纳米复合粉体为填料,加入到苯乙烯-丙烯酸聚合物涂料乳液中,选择分散剂800作为分散剂,采用2-氨基2-甲基1-丙醇(AMP-95)调节体系pH值,制备出新型环境功能涂料.通过实验确定了涂料制备的最佳工艺条件:钒镨掺杂TiO<,2>纳米复合粉体的加入量为2.5wt％,分散剂800的加入量为2.0wt％,分散液的pH值为8.采用本文研制的环境功能涂料开展了去除室内空气中苯和杀菌/抑菌实验,结果表明以钒镨掺杂TiO<,2>纳米复合粉体的环境功能涂料对室内有害气体苯有明显的降解去除作用;同时该涂料的抗菌性约为90％,根据国标GB 15979-1995一次性使用卫生用品卫生标准评价,表明其具有明显的杀菌/抑菌作用.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2 TiO2光催化剂的国内外研究现状

1.2.1 TiO2光催化剂氧化的理论基础

1.2.2 TiO2光催化剂的改性技术

1.2.3光催化技术的应用研究

1.3纳米环境功能涂料在室内空气污染防治中应用的研究现状

1.3.1室内空气污染及防治

1.3.2纳米涂料的应用

1.4本课题研究的主要内容

第2章钒镨掺杂TiO2纳米复合粉体的制备及表征

2.1实验部分

2.1.1实验药品

2.1.2实验仪器与设备

2.1.3实验原理

2.1.4实验方法

2.2结果与讨论

2.2.1 TiO2纳米复合粉体中掺杂金属离子的确定

2.2.2钒掺杂对TiO2纳米复合粉体光催化活性的影响

2.2.3镨掺杂对TiO2纳米复合粉体光催化活性的影响

2.2.4钒镨共掺杂对TiO2纳米复合粉体的光催化活性的影响

2.2.5钒镨共掺杂TiO2纳米复合粉体的表征

2.3本章小结

第3章钒镨掺杂TiO2纳米复合粉体在环境功能涂料中的应用

3.1实验部分

3.1.1实验药品

3.1.2实验仪器与设备

3.1.3实验原理

3.1.4实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1分散液pH值对TiO2纳米复合粉体分散性的影响

3.2.2分散剂类型及加入量对TiO2纳米复合粉体分散性的影响

3.2.3 TiO2纳米复合粉体用量对涂料的光催化活性的影响

3.2.4环境功能涂料对室内有害气体苯的去除效果

3.2.5环境功能涂料的抗菌性能研究

3.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢