氮、银掺杂TiO2/C超细纤维毡的制备与性能

摘要

TiO2光催化剂具有化学性质稳定、无毒和来源广泛等优点，但禁带宽度大和难回收制约着其实际应用。为了得到一种在可见光下有良好催化活性、容易回收的柔性光催化剂，本文将硝酸银和尿素掺入PAN和Ti(OC4H9)4的混合溶液中，通过静电纺丝、预氧化和高温热解等工艺制备出氮、银掺杂的TiO2/C超细复合纤维毡；在此基础上，通过在混合溶液中添加纳米SiO2颗粒，再用HF酸去除SiO2颗粒制备了多孔的氮、银掺杂TiO2/C超细纤维毡；采用熟化的方法制备出表面富TiO2的氮、银掺杂TiO2/C超细纤维。利用多种先进方法研究了这三种新型纤维毡的制备工艺，分析了其主要组成和结构，表征了其可见光催化降解性能。
　　研究表明：适宜纺丝工艺条件为：纺丝电压10~15KV，接收距离15~20cm，推进速率10~15μl/min，纺丝温度30~40℃，相对湿度40％；得到复合纤维的平均直径为360~800nm；掺入硝酸银会导致纤维表面凹凸不平，尿素的加入对纤维表面形貌没有明显影响；在650~750℃高温下热解得到的复合纤维中碳以乱层石墨的形式存在，TiO2以锐钛矿相结构均匀分布在纤维中，Ag以单质立方晶相附着在TiO2颗粒表面，N元素进入 TiO2晶格内部形成O-Ti-N结构。元素掺杂纤维毡的催化活性高于未掺杂的纤维毡，因为N元素掺杂之后扩大了TiO2可见光响应范围，Ag的加入提高了纤维毡吸附氧气的能力，并促进光生电子和空穴的分离；其中NTC-0.5在N元素掺杂中表现出最高催化活性，ATC-1.0在Ag元素掺杂中催化活性最高；纤维毡吸附能力和催化活性随着催化循环次数的增加都出现降低。
　　为了增加超细纤维的吸附能力，将纳米 SiO2颗粒均匀分散在混合溶液中，以同样的方法制备了含SiO2的N-Ag共掺杂TiO2/C超细纤维毡，经HF酸刻蚀得到具有柔性的多孔超细纤维毡。多孔纤维毡比表面积为6.1m2/g，其吸附能力相比于未多孔化的纤维毡提高8.5%，催化活性提高11.6%。
　　为提高TiO2与可见光的接触面积，采用熟化方法得到表面富TiO2的纤维毡，TiO2颗粒紧贴在纤维表面，其大小和分布不均匀，催化效率比未熟化处理纤维毡提高4%。

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第一章 绪论

1.1 纳米TiO2光催化剂

1.3 掺杂改性TiO2光催化剂

1.4 静电纺丝制备纳米纤维

1.5 本课题研究目的和内容

第二章 实验与表征方法

2.1 原料及试剂

2.2 复合纤维毡制备

2.3 性能测试与分析表征

第三章 结果与讨论

3.1纺丝液的配制

3.2静电纺丝工艺研究

3.3 预氧化和热解工艺研究

3.4 纤维毡的组成结构和性能表征

3.5 多孔化纤维毡的制备与性能研究

3.6 表面富TiO2纤维毡的制备与性能研究

第四章 结论与展望

工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果