海綿鈦負(fù)載TiO2膜的水熱法制備及性能研究.pdf

1、TiO2光催化技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)境友好的技術(shù),歷經(jīng)多年的研究,在凈化環(huán)境中已取得一定的成果。然而,由于納米 TiO2顆粒過于細(xì)微,無論是在氣相或液相光催化過程中易于損失,難以回收,不利于催化劑的再生和再利用,給實(shí)際應(yīng)用帶來了一定困難。制備負(fù)載型 TiO2光催化劑,可以有效的解決催化劑分離回收的難題。為了提高光催化劑的比表面積和提高光催化活性,很多研究采用溶膠-凝膠法在孔性物質(zhì)如:硅膠、沸石、分子篩、光泡沫金屬等載體制備了負(fù)型 TiO2光催化劑

2、。載體的選擇影響著光催化材料的光催化活性。泡沫金屬材料作為光催化劑的載體具有熱穩(wěn)定性好和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),它能夠分散負(fù)載組分并賦予其較好的穩(wěn)定性,對(duì)光能具有良好的利用率,尤其是其均勻的開孔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的流體力學(xué)性能,作為光催化劑的載體應(yīng)用于光催化領(lǐng)域有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。但是溶膠-凝膠法制備負(fù)載型TiO2存在很多缺點(diǎn),如:在原料上是要求價(jià)格比較貴重的鈦醇鹽并需要大量的有機(jī)溶劑;在高溫?zé)Y(jié)結(jié)晶過程中,由于 TiO2光催化劑與載體之間的附著力不

3、強(qiáng)而會(huì)發(fā)生脫落。所以,毫無疑問,在海綿鈦載體上制備TiO2光催化膜是最好選擇。
　　本文首次以多孔海綿鈦為制備 TiO2光催化劑的載體,在低溫條件下,采用水熱法在海綿鈦上制備了負(fù)載型TiO2膜,利用XRD、SEM測(cè)試產(chǎn)物的晶型與形貌,以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)降解物對(duì)負(fù)載型 TiO2膜光催化性能進(jìn)行研究與討論。論文的研究內(nèi)容包括:
　　1.利用海綿鈦為載體和鈦源,在水熱條件下,海綿鈦與堿溶液反應(yīng)(堿處理)生成鈦酸鹽再在酸性條件水熱分解

4、(酸處理),得到晶化后的TiO2膜?？刂扑岬臐舛瓤梢缘玫絾我讳J鈦礦晶型或混合銳鈦礦與金紅石晶型的海綿鈦負(fù)載 TiO2膜。通過XRD、SEM等技術(shù),海綿鈦負(fù)載TiO2薄膜的晶型、形貌進(jìn)行了表征,以亞甲基藍(lán)溶液為目標(biāo)降解物研究了 TiO2膜的光催化性能。結(jié)果表明:堿水熱處理時(shí)間影響海綿鈦負(fù)載TiO2膜的形貌以及最終TiO2膜的產(chǎn)量;最終HCl水熱處理過程中溶液的PH值影響綿鈦負(fù)載TiO2膜的晶型。當(dāng)pH=5時(shí),產(chǎn)物為單一銳鈦礦晶型海綿鈦負(fù)載

5、TiO2膜;當(dāng)pH=3時(shí),產(chǎn)物為以銳鈦礦晶型為主、并含有金紅石晶型的混合型海綿鈦負(fù)載TiO2膜;該TiO2膜對(duì)MB溶液有著最佳的光催化速率,光催化反應(yīng)60分鐘,MB溶液降解率達(dá)99％;當(dāng)pH>2時(shí),產(chǎn)物為以金紅石晶型為主、并含有銳鈦礦晶型的混合型海綿鈦負(fù)載TiO2膜,該TiO2膜對(duì)MB溶液光催化速率較低,光催化反應(yīng)60分鐘,MB溶液降解率達(dá)僅達(dá)47%。該光催化劑回收簡單,反復(fù)利用后光催化性能并沒有明顯下降。
　　2.以多孔海綿鈦為

6、載體,在80℃恒溫條件下與H2O2/HCl混合液反應(yīng)1小時(shí)后,再在以KOH為礦化劑溶液中經(jīng)180℃水熱24小時(shí),在海綿鈦載體制備顆粒大小約為50nm的四方狀銳鈦礦TiO2顆粒組成的TiO2膜。在紫外光下,以亞甲基藍(lán)溶液為目標(biāo)降解物研究了 TiO2膜的光催化性能,探討了不同礦化劑及濃度對(duì)海綿鈦負(fù)載 TiO2膜光催化性能的影響,并且與燒結(jié)結(jié)晶法所制備的海綿鈦負(fù)載TiO2膜進(jìn)行光催化性能對(duì)比。結(jié)果表明,當(dāng)以0.15 mol·L-1 KOH溶液

7、作為礦化劑時(shí),海綿鈦負(fù)載TiO2膜在紫外光下有著最佳的光催化性能:光催化反應(yīng)60分鐘,亞甲基藍(lán)溶液降解率達(dá)99%,并且該光催化劑回收簡單,反復(fù)利用后光催化性能并沒有明顯下降。
　　3.以H2O2為氧化劑、KOH為礦化劑,采用一步水熱法在多孔海綿鈦載體上制備了顆粒大小約為0.5微米的四方狀銳鈦礦TiO2顆粒組成的TiO2膜,并研究了產(chǎn)物 TiO2膜對(duì)目標(biāo)降解物亞甲基藍(lán)溶液的光催化性能,探討了礦化劑濃度對(duì)產(chǎn)物TiO2膜晶型、形貌及光催