纳米混晶TiO的合成及光催化降解亚甲基蓝特性与影响因素

摘要

本文采用均相水解法，以TiO<,2>、无水乙醇、冰乙酸等为原料，分别以对甲苯磺酸(TSA)或柠檬酸(CA)为调节剂，研究了纳米TiO<,2>的可控合成条件，用SEM(扫描电镜)、XRD(x射线衍射)、BET(低温N<,2>吸附-解吸法)等进行了样品表征，并以亚甲基蓝溶液作为模拟染料废水，探讨了合成的纳米TiO<,2>光催化降解性能、影响因素及与金红石相含量的关系，得到了如下主要结果： 1、用改进的均相水解法合成纳米TiO<,2>，提高焙烧温度有利于纳米TiO<,2>中金红石相的生成，通过添加TSA、CA等可以调控纳米TiO<,2>中金红石含量。TSA添加比从0.0至0.14(即TSA和冰乙酸的摩尔比为0.0至0.14)，焙烧温度为450℃，合成的纳米TiO<,2>均为锐钛矿相，不含金红石：焙烧温度为550℃时，TSA添加比低时(从0.0至0.05)，合成的纳米TiO<,2>为锐钛矿，无金红石相，当TSA添加比增加至0.10时，合成的纳米TiO<,2>中出现金红石相，含量随TSA添加量增加而提高，TSA添加比为0.10和0.14时，金红石含量分别为16.2％和24.4％；焙烧温度为600℃时，TSA添加比为0.0时，合成的纳米TiO<,2>中金红石含量为28.9％，且随TSA添加比的增加，TiO<,2>中金红石含量呈增加的趋势，当TSA添加比为0.18时，TiO<,2>中金红石含量为93.0％；焙烧温度为700℃时，TSA添加比为0.0时，合成的纳米TiO<,2>中金红石含量为80.6％，且随TSA添加比的增加，TiO<,2>中金红石含量呈增加的趋势，TSA添加比从0.10至0.18，TiO<,2>中金红石含量均为100％。 2、以CA为添加剂，焙烧温度为450℃，CA添加比从0.0至0.10(即CA和冰乙酸的摩尔比为0.0-0.10)，TiO<,2>中金红石含量均为0％，当CA添加比为0.15时，TiO<,2>中金红石含量为15.8％；焙烧温度为500℃，CA添加比从0.0至0.05时，TiO<,2>中金红石含量均为0％，当CA添加比为0.10时，TiO<,2>中金红石含量为26.8％，当CA添加比分别为0.15或0.25时，TiO<,2>中金红石含量分别为54.4％和59.4％，即TiO<,2>中金红石含量随CA添加比的增加而增加。 3、合成的纳米TiO<,2>的光催化性能受晶型影响大，金红石含量一定的混晶TiO<,2>光催化性能较好。当TSA添加比为0.0-0.05(TSA和冰乙酸的摩尔比为0.0至0.05)，焙烧温度为500℃-600℃，焙烧时间2h，可合成金红石含量为20-35％的样品，在实验条件下其光催化性能最佳，亚甲基蓝光反应2h降解率达37.53％。而纯锐钛矿型TiO<,2>和金红石相含量为93.0％的TiO<,2>，其亚甲基蓝光反应2h降解率分别为25.56％和3.53％。 4、纳米TiO<,2>降解亚甲基蓝溶液的动力学反应符合一级动力学方程。2个TiO<,2>样品，TSA00-500(500℃焙烧2h，金红石含量为32.9％)及CA025-500(500℃焙烧2h，金红石含量为0％)，与商品纳米二氧化钛P25分别光降解亚甲基蓝的速率常数从大到小依次为(min<'-1>)：P25(0.00869))TSA00-500(0.00273))CA025-500(0.00226)。 5、合成样品TSA00-550(550℃焙烧，金红石含量为0％)与P25在不同pH值条件下光解100mg·L<'-1>亚甲基蓝溶液，在pH为5时，TSA00-550与P25的降解率都最低；在pH值为3时，降解率有所提高；pH大于5时，随着碱性增强，它们对亚甲基蓝的降解率呈增加的趋势，在碱性条件下，pH为11时，在实验条件下样TSA00-550对亚甲基蓝降解率达到最大，达62.66％；pH为9时，P25对亚甲基蓝的降解率达到最大，达71.97％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1光催化研究与光催化剂

1.2二氧化钛光催化反应机理

1.3影响二氧化钛光催化性能的因素

1.3.1晶型的影响

1.3.2晶粒尺寸的影响

1.3.3贵金属沉积的影响

1.3.4半导体耦合的影响

1.3.5金属离子修饰

1.3.6表面羟基的影响

1.3.7 pH值的影响

1.4光催化剂二氧化钛的制备现状

1.4.1液相法

1.4.2气相法

1.5本文的研究思路与工作内容

2材料和方法

2.1实验试剂

2.2实验仪器

2.3实验步骤

2.3.1纳米TiO2颗粒的制备

2.3.2纳米TiO2颗粒的表征

2.3.3紫外光照射下纳米TiO2颗粒降解亚甲基蓝性能测试

3结果与讨论

3.1纳米二氧化钛中金红石含量与表面活性剂(TSA或CA)添加量之间的关系

3.2纳米二氧化钛中金红石含量与焙烧温度之间的关系：

3.3亚甲基蓝溶液最佳降解浓度和纳米TiO2粉体添加量的确定

3.4二氧化钛混晶中金红石含量对亚甲基蓝溶液光反应降解率的影响

3.5比表面积对二氧化钛光降解亚甲基蓝催化性能的影响

3.6 pH对二氧化钛光降解亚甲基蓝催化性能的影响

3.7.两个TiO2样品(用于光降解亚甲基蓝溶液动力学实验)与商品TiO2P25的SEM图

3.8二氧化钛光降解亚甲基蓝动力学初探

4.结论

参考文献

致谢