高光催化活性纳米二氧化钛负载玻璃纤维的制备

摘要

环境污染的控制与治理，是全世界关注的焦点问题之一，越来越多的科研工作者投入到污染物的治理研究。纳米TiO2作为新型半导体光催化剂在污水处理和空气净化及光解制氢等领域具有广阔的应用前景。但是目前广泛研究的悬浮体系TiO2存在着催化剂易凝聚、易失活、难回收及光能利用率低等弊端，从而限制了该项技术的实际应用。近年来，为此国内外学者对TiO2负载技术及TiO2掺杂改性进行了许多探讨，也取得了显著的研究成果，本实验将TiO2掺杂改性和TiO2负载技术结合研究，探讨适宜的掺杂元素、比例及制备工艺。
　　 1、以钛酸丁酯为前驱体，以玻璃纤维(glass fiber-GF)为载体，采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2负载玻璃纤维光催化剂(TiO2/GF)，通过XRD、TG-DSC、SEM等手段对其进行表征，探讨了热处理温度对产物结构和形貌的影响。研究发现，最佳热处理温度为550℃，TiO2在热处理温度低于550℃时结晶不完善，当热处理温度达650℃时，样品中有明显的金红石相生成，且晶粒有明显长大的趋势，且在热处理过程中，因热应力及有机物的挥发导致膜状TiO2存在一定的脱落情况，当热处理为550℃时，TiO2于GF表面呈片状分布，负载稳定。
　　 2、以正硅酸乙酯为Si源，制备了Si掺杂纳米TiO2负载玻璃纤维光催化剂(Si-TiO2/GF)，研究了Si掺杂及掺杂比例对TiO2晶粒粒径及光吸收性能的影响。研究结果表明Si掺杂的作用有：抑制TiO2由锐钛矿向金红石相的转变；阻止TiO2的晶粒生长和颗粒团聚，与未掺杂样品相比，Si掺杂样品的粒径由13.8nm减少至10.3nm；同时Si掺杂能有效扩展光催化剂对可见光的吸收，进而提高其光催化活性。
　　 3、采用光化学沉积法制备了Ag掺杂TiO2负载玻璃纤维光催化剂(Ag-TiO2/GF)。研究了AgNO3溶液浓度对Ag沉积量的变化及Ag掺杂对TiO2的晶型及光催化性能的影响。研究发现：在低掺杂比例条件下(≤0.1mol/L)，随着AgNO3浓度的升高，Ag的沉积量呈上升趋势；当AgNO3的浓度大于0.1mol/L时，Ag的沉积量保持在2％左右(Ag/Ti摩尔比)。XRD及XPS结果表明，Ag以单质形态存在，单质Ag的存在使TiO2晶粒的平均尺寸由40nm减少至31nm，同时Ag掺杂也能改变TiO2的能带结构，使样品发生明显的红移，从而有效提高样品的可见光光催化性能。