介孔二氧化钛分子筛的合成、表征及合成机理研究

摘要

高度结晶的有序介孔二氧化钛分子筛因具有较高的比表面积、良好的孔隙率以及管壁薄等优点，使其在催化和光催化领域有着广阔的应用前景。
　　本论文主要目的是合成具有锐钛矿孔壁结构的有序介孔二氧化钛分子筛。主要内容包括以下三方面:(1)采用溶胶-凝胶法，以阳离子表面活性剂CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）为结构导向剂，以硫酸钛为钛源，于酸性水溶液中制备长程有序且具有锐钛矿骨架结构的TiO2/CTAB前驱体。通过XRD、SEM、TEM等考察了不同混合方式、Ti+/CTAB（摩尔比）、反应温度、反应时间对前驱体中TiO2的晶化程度、晶粒大小和前驱体有序度的影响;(2)通过BET等考察了不同模板剂脱除方式对前驱体结构的影响;(3)对介孔二氧化钛分子筛的形成过程和合成机理进行研究。实验研究和分析结果可归纳如下:
　　第一，硫酸钛与表面活性剂CTAB一经混合就形成了非晶、有序的二维六方状TiO2/CTAB前驱体，随着反应的进行，非晶态的二维六方状TiO2/CTAB前驱体中TiO2逐渐晶化，颗粒不断长大;
　　第二，前驱体的晶化过程中，反应温度、pH等对TiO2的结晶生长过程有着重要的影响，高温、低Ti4+/CTAB摩尔比、相对较高的pH和相对更长的反应时间皆能促进前驱体中TiO2颗粒的生长和晶化;
　　第三，TiO2/CTAB前驱体中TiO2颗粒的大小、晶化程度与介孔的有序程度、孔径大小呈反向关系，即TiO2/CTAB中TiO2颗粒越大、结晶程度越好，前驱体的介孔有序程度越差、孔径越小。
　　第四，TiO2/CTAB前驱体的脱模过程中，酸性萃取剂能完全去除CTAB模板剂，但萃取脱模对晶体结构影响弱于焙烧处理;增加萃取脱模次数可有效降低焙烧强度，提高介孔TiO2的稳定性。
　　第五，介孔 TiO2分子筛的形成属协同模板机理。模板剂CTAB与Ti(SO4)2通过协同作用，即CTAB促进了Ti(SO4)2的水解，并形成TiO2胶粒，在静电作用下，带负电的TiO2胶粒被吸附在具有六方有序结构的、带正电荷的CTAB胶束表面晶化、长大、形成TiO2/CTAB前驱体，进而通过焙烧或萃取去除模板剂形成介孔TiO2分子筛。
　　第六，当采用混合方式(I)(CTAB加入Ti(SO4)2中），控制反应温度为65℃，Ti4+/CTAB为12，反应时间12h制得TiO2/CTAB前驱体;然后采用120℃焙烧lh，300℃焙烧2h的多步焙烧方式去除模板剂可获得长程有序、高度结晶的介孔二氧化钛分子筛。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 TiO2的光催化性能

1．2．1 TiO2的光催化机理及催化历程

1．2．2 二氧化钛的结构对光催化活性的影响

1．3 介孔二氧化钛分子筛概述

1．3．1 介孔材料的定义

1．3．2 介孔二氧化钛的合成方法

1．3．3 介孔二氧化钛的研究进展

1．3．4 合成介孔二氧化钛分子筛的关键影响因素

1．4 本课题的意义及主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验

2．2 实验药品

2．3 实验仪器

2．3．1 X射线粉末衍射分析(XRD)

2．3．2 TEM和SEM

2．3．3 FT-IR

2．3．4 N2吸附／脱附等温线(BET)分析

2．3．5 热重-差热(TG-DTA)分析

第三章 制备条件对介孔TiO2／CTAB前驱体结构影响的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 不同反应时间

3．2．2 不同混合方式

3．2．3 不同Ti4+／CTAB

3．2．4 不同反应温度

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同混合方式过程中pH的变化

3．3．2 不同反应时间的影响

3．3．3 不同混合方式的影响

3．3．4 不同Ti4+／CTAB摩尔比值的影响

3．3．5 不同反应温度的影响

3．4 本章小结

第四章 介孔TiO2／CTAB前驱体模板剂的脱除研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 TiO2／CTAB前驱体的制备

4．2．2 萃取法脱除模板剂实验

4．2．3 焙烧法脱除模板剂实验

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 萃取法脱除模板剂

4．3．2 焙烧法脱除模板剂

4．4 本章结论

第五章 介孔TiO2分子筛的合成机理研究

5．1 概述

5．2 介孔TiO2分子筛的形成过程及形成机理

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢