离子液体辅助阳极氧化法制备TiO2纳米管及其性能研究

摘要

二氧化钛纳米管由于具有高比表面积和强吸附能力在处理印染废水方面得到广泛的应用，引起人们极大的关注。制备形貌可控的TiO2纳米管是实现其广泛应用的前提，但应用阳极氧化法制备形貌可控的TiO2米管的最佳条件至今仍有争议。
　　 本文采用阳极氧化法在不同电解液体系中制备TiO2纳米管，研究各阳极氧化参数对纳米管形貌的影响。采用XRD、SEM、XPS等手段对产物的形貌进行了分析。结果表明，离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐）体系下，氧化电压20V、氧化时间3h，含水量为3wt％时制得的纳米管形貌清晰，管径大小均匀，可使初始浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液在120min的紫外灯照射下的降解率达到85％，其降解率高于有机电解液中制备的TiO2纳米管，表现出良好的光催化性能。此外，对TiO2纳米管处理亚甲基蓝光降解动力学进行了研究，优化了各因素对光催化效果的影响。结果表明，光催化降解符合一级反应动力学方程。
　　 在此基础上，分别对TiO2纳米管进行铁、铈掺杂，并采用XRD、SEM、XPS、DRS、光催化测试等手段分别确定了最佳掺杂量为0.05mol/L。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 印染废水特点及危害

1．1．1 印染废水的特点及危害

1．1．2 印染废水治理研究现状

1．2 TiO2的结构和光催化技术的研究

1．2．1 TiO2的基本性质和晶体结构

1．2．2 TiO2光催化反应机理

1．3 TiO2纳米管的制备方法和形成机理

1．3．1 模板合成法

1．3．2 水热合成法

1．3．3 阳极氧化法

1．3．4 TiO2纳米管的形成机理

1．4 TiO2纳米管的应用

1．4．1 光催化材料

1．4．2 染料敏化太阳能电池

1．4．3 气敏传感器材料

1．5 离子液体概述

1．5．1 离子液体的基本性质

1．5．2 离子液体的特点

1．5．3 离子液体的合成方法

1．5．4 离子液体在制备纳米材料上的应用

1．6 本论文主要研究内容

第2章 实验材料与研究方法

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验装置及方法

2．2．1 TiO2纳米管的制备装置

2．2．2 阳极氧化法制备TiO2纳米管

2．3 离子液体的制备

2．3．1 离子液体的实验装置

2．3．2 离子液体的制备方法

2．4 TiO2纳米管的表征

2．4．1 X射线衍射

2．4．2 扫描电子显微镜

2．4．3 X射线光电子能谱

2．4．4 紫外-可见漫反射光谱

2．5 TiO2纳米管的光催化性能测试

2．5．1 亚甲基蓝溶液的配制

2．5．2 最大吸收波长的测定

2．5．3 亚甲基蓝溶液吸光度-浓度标准曲线绘制

2．5．4 光催化反应过程

第3章 阳极氧化法制备TiO2纳米管

3．1 有机溶液体系下TiO2纳米管的制备及表征

3．1．1 氧化电压的影响

3．1．2 含水量的影响

3．1．3 氧化时间的影响

3．2 离子液体体系下TiO2纳米管的制备及表征

3．2．1 离子液体含量的影响

3．2．2 Fˉ含量的影响

3．2．3 氧化电压的影响

3．2．4 XPS成分分析

3．3 XRD结构分析

3．4 光催化性能分析

3．5 本章小结

第4章 TiO2纳米管光催化降解亚甲基蓝的研究

4．1 光催化降解的动力学原理

4．2 TiO2纳米管对光催化活性的影响

4．3 初始浓度对光催化活性的影响

4．4 催化剂表观表面积对光催化活性的影响

4．5 通气情况对光催化活性的影响

4．6 本章小结

第5章 金属掺杂TiO2纳米管制备及其性能研究

5．1 铁掺杂制备TiO2纳米管及其性能研究

5．1．1 铁掺杂TiO2纳米管SEM分析

5．1．2 铁掺杂TiO2纳米管XRD分析

5．1．3 铁掺杂TiO2纳米管XPS分析

5．1．4 铁掺杂TiO2纳米管DRS分析

5．1．5 Fe3+掺杂量对TiO2纳米管光催化性能的影响

5．2 铈掺杂制备TiO2纳米管及其性能研究

5．2．1 铈掺杂TiO2纳米管SEM分析

5．2．2 铈掺杂TiO2纳米管XRD分析

5．2．3 铈掺杂TiO2纳米管XPS分析

5．2．4 铈掺杂TiO2纳米管DRS分析

5．2．5 Ce3+掺杂量对TiO2纳米管光催化性能的影响

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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