中空TiO2和TiO2-ZrO2微球的制备及其光催化性能研究

摘要

二氧化钛半导体光催化剂以其无毒、制备简易及廉价等特点而成为最常用光催化剂的主要材料。但是,纯二氧化钛光催化剂存在光生载流子复合率高、量子效率偏低等缺陷,直接应用受到一定的限制。而将某些金属氧化物与 TiO2耦合制备成复合物可以显著提高TiO2的光催化性能。这是由于当两种或两种以上的半导体复合后,材料内部可能形成异质结,其光化学、光物理方面的性质会发生改变,不仅能调节单一材料的性能,而且还往往产生新的特性。其次,微纳米级的粉体光催化剂表面具有亲水性,在溶液中容易下沉而造成二次污染,这也制约了其在工业中的应用。本文为解决上述难题为着眼点,采用硬模板-水热法合成了具有中空交错结构的TiO2-ZrO2复合光催化剂,对其结构及性能进行了表征,并以模拟染料废水亚甲基蓝溶液为目标降解物,评价了中空TiO2-ZrO2交错复合微球的光催化性能,并在此基础上对所合成的中空TiO2-ZrO2表面改性处理,使其具有表面双亲性,为进一步深入研究进行了有意义的探讨。主要研究结果如下:
　　(1)以PMMA微球为模板,采用水热法及煅烧处理制备了TiO2中空微球。通过单因素实验,优化了该水热反应的合成条件:水热时间为6 h,水热温度为120℃,煅烧温度为500℃时,TiO2中空微球呈规则球形,锐钛矿相,平均粒径在1μm左右,具有良好的光催化活性。以MB溶液为模型反应,考察了其光催化性能,在高压汞灯照射下,30 min对MB溶液的降解率达到99.5％。
　　(2)以PMMA微球为模板,采用硬模板-水热法在160℃,10 h条件下合成了中空TiO2-ZrO2交错复合微球,直径在0.7~2μm,比表面积为224.6 m2/g,具良好的紫外光催化活性。初步探讨认为,与ZrO2的复合减小了TiO2纳米粒子的粒径,增大其比表面积。在汞灯辐照下,对10 mg/L的MB溶液在45 min时降解率已达到96.7％。其特殊的空心结构可以将目标降解物 MB分子进行更强的吸附,使其与催化剂的接触面积增加,从而提高催化剂的催化效率。
　　(3)采用硅烷偶联剂KH832对中空TiO2-ZrO2交错复合微球进行表面疏水改性,通过对改性前后的催化微球的红外光谱分析以及物理表征,证实改性后的催化微球表面接上了疏水基团。改性后的双亲性中空TiO2-ZrO2催化微球具有一定的界面特性,在紫外光下60min内对氯霉素的降解率达80.1％,对诺氟沙星降解率达100％,在环境废水处理技术中具有广泛应用前景。

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1绪 论

1.1 研究背景

1.2二氧化钛的研究进展

1.3中空二氧化钛的研究进展

1.4 本论文的主要研究内容

1.5 本论文的创新点

2中空TiO2微球的制备及光催化性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 中空TiO2微球光催化性能实验

2.4 本章小结

3中空TiO2-ZrO2交错复合微球的制备及性能研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 中空TiO2-ZrO2微球光催化性能实验

3.4本章小结

4 双亲性中空催化微球的制备及性能研究

4.1 实验部分

4.2结果与讨论

4.3 双亲性中空TiO2-ZrO2微球的应用

4.4 本章小结

5．结论

致谢

参考文献