納米二氧化鈦的制備、改性及在多孔聚合物中的應(yīng)用.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)具有良好的光催化活性，能有效地將有機(jī)污染物光解，TiO2這一優(yōu)良的特性使得它成為解決環(huán)境問題的優(yōu)良材料。眾所周知，銳鈦礦型TiO2應(yīng)用最為普遍，但其禁帶寬度值高達(dá)3.2eV，只能吸收波長較短的紫外光，而自然環(huán)境中的紫外光含量僅占5%。此外，TiO2光催化過程中產(chǎn)生的電子－空穴對極易復(fù)合。因此，拓寬TiO2光響應(yīng)區(qū)域、提高其光催化性能和探索其在聚合物多孔材料中的應(yīng)用有著重要的理論意義與實用價值。本文即圍繞這三個主題而展

2、開。
　　本文對納米TiO2的制備工藝、改性及在多孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)地分析與研究，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)溶膠－凝膠法制備納米TiO2顆粒及性能研究。對TiO2溶膠的諸多影響因素如鈦的濃度、反應(yīng)環(huán)境的pH值、水的加入量以及反應(yīng)溫度進(jìn)行了詳細(xì)的探討。研究結(jié)果表明：當(dāng)鈦濃度為1.0mol/L、反應(yīng)環(huán)境的pH值3~5、水的加入量為4(H2O/Ti(OC4H9)4)、反應(yīng)水浴溫度為40℃

3、時所制備的TiO2溶膠性能最穩(wěn)定。SEM顯示性能穩(wěn)定的溶膠形成的凝膠顆粒分布均勻、不易結(jié)塊，這種凝膠煅燒后形成的納米粒子分散性好、粒徑小，因而光催化性能高。
　　(2)Ce摻雜TiO2復(fù)合納米粒子性能研究。由于銳鈦礦型TiO2光生電子空穴對易復(fù)合，針對這一問題，本文采用稀土Ce摻雜改性納米TiO2。由X射線衍射(XRD)測試結(jié)果可知：Ce摻雜有效抑制了納米TiO2由銳鈦礦向金紅石型轉(zhuǎn)化；紫外可見漫反射圖可知改性后的納米TiO2在可

4、見光區(qū)域有明顯的吸收。
　　(3)BiFeO3@TiO2-Ce納米復(fù)合材料的制備及性能研究。BiFeO3@TiO2-Ce納米復(fù)合材料通過溶膠－凝膠法制備得到。其核殼結(jié)構(gòu)是以BiFeO3為核，Ce-doped TiO2為殼。納米粒子通過掃描電鏡、X射線衍射、透射電鏡和紫外可見漫反射光譜進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：與Ce-TiO2和BiFeO3@TiO2相比，具有核殼結(jié)構(gòu)的BiFeO3@TiO2-Ce在紫外-可見吸收光譜出現(xiàn)了明顯的紅移。在

5、可見光和紫外光區(qū)域內(nèi)，通過降解甲基橙實驗不同納米材料的光催化性能也進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示：核核殼結(jié)構(gòu)的BiFeO3@TiO2-Ce具有更高的光催化性能，而這主要是源于BiFeO3和的鈰協(xié)同效應(yīng)。
　　(4)Ce摻雜TiO2與UHMWPE復(fù)合多孔材料的制備及性能研究。將改性后的納米TiO2-Ce分別以模板溶出浸漬法和混合熔融浸出法添加到多孔UHMWPE基體中，復(fù)合材料通過FTIR、UV-vis、DRS和SEM進(jìn)行了表征，光催化性能通過

6、在紫外照射下降解甲基橙來表征。研究結(jié)果顯示：通過硅烷偶聯(lián)劑KH570改性后的紅外結(jié)果顯示經(jīng)偶聯(lián)劑KH570改性后的Ce-TiO2納米粒子其團(tuán)聚現(xiàn)象得到了改善，同時Ce-TiO2/UHMWPE多孔復(fù)合材料的孔隙也十分均一。摻雜Ce4+不僅能夠有效地擴(kuò)展納米粒子的光響應(yīng)區(qū)域（從紫外到可見光），而且能夠增加TiO2表面的羥基，進(jìn)而提高納米粒子與基體之間的結(jié)合性能。由光降解實驗可知：當(dāng)Ce摻雜量為1.5vol%的Ce-TiO2制備所得的多孔復(fù)合