共摻雜介孔TiO2納米晶的軟化學制備、表征及其光催化性能.pdf

1、針對傳統(tǒng)二氧化鈦光催化劑存在的太陽光利用率低、物質形態(tài)與形貌可控性不強、熱穩(wěn)定性差以及量子效率低等諸多瓶頸問題,本文采用超聲輔助水熱法成功制備了氮摻雜、硅摻雜以及釔氮共摻雜的新型介孔二氧化鈦納米晶,由此制得產(chǎn)物的突出特性是兼具高活性和可控性。采用XRD、TEM、XPS、TOC、TG-DSC、FTIR及N2吸附.脫附等多種現(xiàn)代表征手段對制得產(chǎn)物進行了表征。以水中難降解偶氮染料活性艷紅X-3B為目標污染物,系統(tǒng)評價了自制光催化劑在紫外、可見

2、光照條件下的光催化活性,并將其與制備產(chǎn)物物相結構、顆粒形貌、尺寸大小、表面態(tài)性質等特性進行了有效關聯(lián),篩選出了影響光催化降解活性的主要因素。內容分為以下三個部分:
　　 第一部分,以常用的鈦酸四丁酯為鈦源,利用Bola型非離子表面活性劑十二烷基二胺(DADD)作為結構導向劑和氮摻雜劑,通過超聲輔助水熱法制得了顆粒形貌與孔徑大小皆可控的氮摻雜介孔二氧化鈦納米晶。因pH值的變化導致DADD兩端-NH2所帶電荷發(fā)生改變,控制反應體系初

3、始pH=9的樣品光催化活性最高,紫外光下30 min對濃度為50 mg/L的X-3B水溶液的降解率達到近90％。在優(yōu)選水熱溫度為150℃條件下制得的產(chǎn)物不僅具有大的比表面積,而且形成形狀規(guī)整、分布均勻的雙孔分布結構,通過XPS分析得出,DADD的加入形成了氮元素高度分散于結晶良好的銳鈦礦二氧化鈦晶格中,導致其禁帶寬度變窄,為制備具有可見光響應的氮摻雜二氧化鈦光催化劑提供了新的思路。
　　 第二部分,針對二氧化鈦材料制備過程中熱穩(wěn)

4、定性差、活性不高等問題,結合本課題組前期的工作基礎,采用基于水熱法的制備新工藝,以正硅酸乙酯為摻雜硅源,成功制備了高結晶度的硅摻雜介孔二氧化鈦,該產(chǎn)物不僅具有優(yōu)良的織構性能,而且熱穩(wěn)定性和晶型穩(wěn)定性俱佳。結果表明,適量硅摻雜具有抗晶型轉變和抑制晶粒生長的雙重功效,通過調節(jié)硅的摻雜量和煅燒溫度,實現(xiàn)了二氧化鈦從晶型粒徑到表面織構等結構參數(shù)的有效控制。在本實驗條件下,選取摻硅量為5％、經(jīng)450℃焙燒后制得的產(chǎn)物光催化活性最高,經(jīng)紫外光輻射1

5、 h后,對X-3B的降解率比純二氧化鈦時提高了80％,4 h后礦化度達到71.9％,摻硅5％樣品在800℃高溫焙燒后仍能保持較高的光催化活性。這主要歸因于完善的銳鈦礦晶體結構、較大的比表面積和孔容以及良好的紫外吸收特性。
　　 第三部分,通過陰陽離子共摻雜對二氧化鈦進行改性已經(jīng)成為研究的新方向。本文在DADD輔助水熱法制備氮摻雜二氧化鈦的基礎上,以硝酸釔為釔源,在低溫短時(150℃、8 h)的軟化學條件下,成功制得了釔氮共摻雜的

6、二氧化鈦納米混晶,有效避免了高溫煅燒的后處理過程。研究發(fā)現(xiàn),通過釔離子摻雜量的變化可以有效調節(jié)樣品粒徑的大小,而且釔氮共摻雜樣品的比表面積和孔容要明顯優(yōu)于氮摻雜以及純二氧化鈦。摻釔量為2.0％的樣品性能最佳,樣品的比表面積和孔容分別達到313.5 m2/g、0.34 mL/g,紫外光輻射下15 min即可降解完90％的X-3B溶液,焙燒后可見光輻射下45 min即可基本降解完。該實驗結果為陰陽離子共摻雜制備新工藝的探討以及廣譜高效地利用