鐵鈰共摻雜納米TiO2水溶膠微波輔助制備及應用性能研究.pdf

1、中國圖書分類號：X701.7國際圖書分類號：661工學博士學位論文鐵鈰共摻雜納米TiO2水溶膠微波輔助制備及應用性能研究博士研究生：王虹導師：王鵬教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：環(huán)境科學與工程所在單位：市政環(huán)境工程學院答辯日期：2010年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要納米TiO2水溶膠是一種銳鈦礦相納米TiO2光催化產(chǎn)品，它具有使用方法簡單、運輸和保存方便、能催化降解室內空氣中有機污染物等優(yōu)點。但由于它存在著制備工藝耗時長

2、、效率低、產(chǎn)物性能不夠理想等問題，影響了納米TiO2水溶膠的推廣應用。本文以建立納米TiO2水溶膠微波輔助制備工藝為基礎、提高納米TiO2水溶膠光催化活性和光響應能力為目的，開發(fā)了能應用于室內空氣污染治理的納米FeCeTiO2水溶膠產(chǎn)品。針對納米TiO2水溶膠制備過程中存在問題，將微波技術引入制備工藝，采用連續(xù)微波輻照代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水浴加熱，成功制備了納米TiO2水溶膠。通過實驗確定了最佳制備工藝條件為：微波控溫80℃，輻照時間40min，

3、n(H)n(Ti)=1:1。在此條件下，得到的納米TiO2水溶膠為銳鈦礦晶型，平均粒徑為9.7nm，分布范圍為6.2~15.6nm，ζ電位為50.6mV。當強度為11μWcm2的紫外光照2h時，對活性艷紅X3B的脫色率可達83.6%。通過XRD、DLS和Zeta電位分析，對比了微波輔助制備工藝和傳統(tǒng)水浴制備工藝得到的納米TiO2水溶膠的性能，結果表明，微波輔助工藝制備的產(chǎn)物的平均粒徑更小，粒徑分布更窄，ζ電位更高，說明溶膠體系更加穩(wěn)定。

4、同時，對兩種工藝條件下的納米TiO2水溶膠的光催化活性進行了評價，結果表明，微波輔助工藝制得的納米TiO2水溶膠具有更高的光催化活性，比傳統(tǒng)法的產(chǎn)物高10%以上。在微波輔助制備工藝的基礎上，制得了同時具有紫外光和可見光催化活性的納米FeCeTiO2水溶膠。實驗結果表明，n(Fe):n(Ce):n(TiO2)=0.05%:0.1%:1為最佳摻雜摩爾比。通過XRD、DLS、TEM、XPS、DRS和SPS等表征，對摻雜過程及改性機制進行了探討

5、。由XRD晶格參數(shù)及晶格畸變計算可知，其摻雜過程為：離子半徑小于Ti4的Fe3先進入納米TiO2晶格，引起TiO2晶格畸變，該晶格形變?yōu)镃e3摻入晶格提供機會，使Fe、Ce共摻雜得以實現(xiàn)，即Fe3不僅摻雜進入納米TiO2晶格影響TiO2結構及性能，同時，還是Ce3摻雜的助劑。DRS、SPS和光催化實驗均表明納米FeCeTiO2水溶膠不僅具有很高的紫外光催化活性，而且對可見光也具有響應能力。探討了共摻雜改性機制：Fe的3d軌道與Ce的4f