多孔球形二氧化钛光催化材料的制备与表征

摘要

随着资源的过度利用和大自然的严重污染，生态环境遭受了严重的破坏。人们迫切需要开发出能够经济有效地利用能源且并不污染环境的新型功能材料。纳米TiO2正是这种能够净化环境的绿色功能材料，它不仅具有氧化能力强、无选择性、能耗低、无二次污染、降解完全等优点，而且还具有价廉、无毒、可长期使用等特点，所以成为近年来光催化技术研究的热点。其中，多孔二氧化钛微米球形颗粒(包括多孔实心球和多孔空心球)由于具有较大的比表面积，较高的孔体积，而受到人们越来越多的重视。本文主要围绕多孔球形二氧化钛光催化材料的合成、表征和性能等方面的研究开展了如下工作： 以聚乙二醇400(PEG-400)为外加剂，通过控制钛酸丁酯在乙醇-水混合溶液中的水解，制备了双粒径分布的二氧化钛微球。制得的产品具有600-900 nm及2.0-2.5μm的双粒径分布。结果显示，刚制备的二氧化钛微球为无定形相，拥有高的比表面积(>240.0 m2/g)。PEG的浓度显著地影响了二氧化钛微球的大小及粒径分布。随着PEG-400浓度的升高，所得二氧化钛微球的粒径减小。当PEG-400的浓度适合时，制备的二氧化钛微球呈现双粒径分布。除了PEG-400外，PEG-1000和十六烷基溴化铵(CTAB)也可以用来作为外加剂合成双粒径分布的二氧化钛微球。通过研究外加剂对所制备二氧化钛球形颗粒粒径分布的影响，我们提出了一种形成这种双粒径分布的二氧化钛微球的可能机理。此研究为制备形貌和大小可控的二氧化钛光催化剂提供了可供参考的合成方法。 基于模板诱导沉积和原位模板牺牲溶解的机理(即二氧化硅微球模板诱导TiO2纳米粒子在其表面沉积形成核壳结构，同时二氧化硅微球模板在原位被HF溶解导致空心结构的形成)，发展了一种在纯水中一步制备晶化二氧化钛空心微球的简单的模板法。此法以二氧化硅微球作为模板，以四氟化钛作为前驱体，反应在60℃下进行。二氧化钛空心球的壁厚及大小可以分别通过调节四氟化钛的浓度和二氧化硅微球模板的尺寸来控制。制备的二氧化钛空心球显示出分等级的多孔结构和高的光催化活性。这种分等级的微孔-介孔-大孔结构的二氧化钛空心微球在光催化，催化，太阳能电池，分离，净化处理等方面有着各种潜在的应用。这种TiO2空心微球的成功制备为其它空心结构材料的合成提供了新的思路，为模板法制备各种功能材料提供了更为广阔的视野。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米TiO2光催化材料

1.2.1纳米TiO2光催化材料的应用现状

1.2.2纳米TiO2光催化剂的结构及其光催化作用机理

1.2.3纳米TiO2光催化剂在应用中存在的问题

1.3TiO2球形光催化材料的制备

1.3.1二氧化钛球形颗粒材料的发展现状

1.3.2二氧化钛球形颗粒光催化材料的合成方法

1.3.3二氧化钛球形颗粒材料在应用中存在的不足

1.4选题目的及意义

第二章双粒径分布二氧化钛微球的制备与表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1双粒径分布二氧化钛微球的制备

2.2.2样品的表征

2.3结果与讨论

2.3.1形貌与组成

2.3.2差热-热重分析

2.3.3有机添加剂对所得样品粒径分布的影响

2.3.4 BET比表面积

2.3.5 FT-IR光谱

2.3.6形成机理

2.4本章小结

第三章一步法制备高活性分等级多孔二氧化钛空心微球

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1二氧化硅模板微球的制备

3.2.2二氧化钛空心球的制备

3.2.3样品的表征

3.2.4光催化活性分析

3.3结果与讨论

3.3.1形貌和分等级多孔结构

3.3.2形成机理

3.3.3光催化活性

3.4本章小结

第四章结论

参考文献

硕士期间已发表和待发表的研究论文

致谢