磷钨酸/TiO2/细菌纤维素光催化膜的制备与表征

摘要

二氧化钛是一种重要的工业材料材料，广泛用于光催化，光伏电池，涂料，化妆。TiO2的光催化是目前研究的热点，主要集中在如何提高TiO2的光催化活性。合成TiO2纳米材料能够有效提高催化活性，常用方法有水热法、电化学沉降、溶剂热、模板法。本文采用细菌纤维素作为基底，复合TiO2，制备纳米结构的TiO2催化膜。细菌纤维素是由细菌分泌的一种纳米级的天然纤维素，在湿度环境下仍能保持良好的机械性能。TiO2掺杂降低禁带宽度，提高光电子的利用率，同样可以提高催化活性,如掺杂金属离子、掺杂非金属元素、半导体材料的表面修饰。在本研究中，采用磷钨酸掺杂的方法。磷钨酸是一种杂多酸，具有空间Keggin结构，有强酸性、氧化还原性、和电子转移能力。
　　本研究，首先考察了沉淀法制备TiO2纳米颗粒。利用化学沉降法，合成TiO2，并修饰磷钨酸，通过FTIR、XRD、TG、TEM等技术手段表征。结果表明，TiO2纳米颗粒的直径为20-30nm，且为无定形晶体。磷钨酸的Keggin结构存在，与TiO2以化学键结合。通过水热法处理沉淀法制备的纳米颗粒，能够将无定形的TiO2转变为锐钛矿型。根据以上初研结果，利用化学沉降法，将TiO2沉降到细菌纤维素膜上，用磷钨酸修饰，制备得到PWA/TiO2/BC复合膜,通过SEM、FTIR、XPS、XRD等手段表征。结果显示，复合膜具有纳米级的空间结构，TiO2为无定形晶体。沉淀法直接得到的复合膜有一定的光催化活性，磷钨酸提高了催化活性。经过水热法处理后，TiO2转变成为了锐钛矿，与磷钨酸化学键合增强。复合膜的纤维结构完好，光催化活性得到了很大的提升。
　　通过本研究，成功制备了PWA/TiO2/BC光催化膜，利用磷钨酸提高活性，利用水热法提高锐钛矿型的结晶度，制备出稳定高效的光催化膜。

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1 绪论

1.1 二氧化钛

1.2 磷钨酸

1.3 细菌纤维素

1.4 创新点和主要研究内容

2 TiO2/磷钨酸纳米微粒的制备

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 实验结果与分析

2.4 本章小结

3 磷钨酸/TiO2/BC复合催化膜的制备

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 水热法处理光催化复合膜

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 总结和创新点

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间主要研究成果