二氧化鈦納米材料的溶膠凝膠法制備及其光催化性能研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)光催化材料具有氧化能力強(qiáng)、光催化活性高、穩(wěn)定、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保領(lǐng)域,建筑領(lǐng)域,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等得到了廣泛的應(yīng)用。本研究通過(guò)溶膠-凝膠法制備了三種不同形態(tài)的TiO2納米材料,分別為TiO2納米粉末,TiO2薄膜和TiO2纖維,并分別對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究。
　　 本文首先介紹了TiO2納米材料及其光催化機(jī)理和影響因素,突出了TiO2在光催化領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上,展開(kāi)了TiO2納米晶的溶膠凝膠法低溫制備的研究,

2、并通過(guò)添加不同的成膜劑來(lái)制備TiO2薄膜,從而達(dá)到固定TiO2的目的。研究發(fā)現(xiàn)TiO2薄膜的光催化活性遠(yuǎn)差于TiO2納米晶,于是本研究又利用溶膠凝膠法制備了TiO2纖維,提高了TiO2的光催化性能,同時(shí)也固定了TiO2,并通過(guò)Au的摻入來(lái)提高TiO2纖維的光催化活性。本研究利用X-Ray衍射(XRD),透射電鏡(TEM),高分辨透射電鏡(HRTEM),能量彌散X射線探測(cè)器(EDS),紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis Abs),原子力顯微鏡

3、(AFM)及接觸角等測(cè)試手段研究了TiO2的結(jié)晶性能、微觀結(jié)構(gòu)、親水性能及光催化性能,主要研究如下:
　　 在室溫下,利用鈦酸丁酯在過(guò)量的水中進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)制得銳鈦礦相的TiO2納米晶,粒徑為3～4 nm,且晶粒尺寸分布均勻。研究發(fā)現(xiàn),樣品的光催化活性隨著水與鈦酸丁酯的摩爾比n的增大先增大后減小,當(dāng)n=120時(shí),樣品光催化活性最高。另外,將制得的TiO2粉末分別對(duì)甲基橙、亞甲基藍(lán)及羅丹明B進(jìn)行光降解發(fā)現(xiàn),羅丹明B最易降解,其次

4、為亞甲基藍(lán),甲基橙最難降解。
　　 在水性TiO2溶膠中加入有機(jī)成膜劑(PVP、PEG)并通過(guò)噴涂法制得TiO2薄膜樣品。研究結(jié)果表明,添加PVP的TiO2薄膜表面較平整,膜厚度約為600 nm;添加PEG的TiO2薄膜表面粗糙度大,膜厚約為300 nm。另外,PVP及PEG的加入均提高了TiO2薄膜的親水性能;當(dāng)加入PVP或小分子量的PEG時(shí),薄膜光催化性較差,而加入大分子量PEG,薄膜光催化性能較好。當(dāng)PEG分子量為6000