核-殼結構的TiO2基復合光催化材料的制備及表征.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)因其化學穩(wěn)定性好，光催化活性高，對人體無毒害、成本低、應用范圍廣而受到廣泛關注。但TiO2可見光利用率低、吸附能力弱、大顆粒TiO2對光的利用率不高，懸浮性差等缺點也限制了其實際應用。本論文通過仿生沉積的方法制備了磷灰石(HAp)包覆金紅石TiO2(R-TiO2)核/殼納米復合粉體，用蒸汽相水解鈦酸丁酯的方法合成了銳鈦礦TiO2(A-TiO2)包覆聚苯乙烯(PS)核/殼納米復合微球。論文對上述材料的制備條件進行了

2、較詳細的研究，并考察了其光催化性能。具體研究內容及結果如下：
　　 (1)以四氯化鈦(TiCl4)為原料，采用熱水解方法制備了粒徑7nm、比表面積142.8m2/g的R-TiO2粉體；將R-TiO2在模擬體液中分散后，于37℃恒溫箱中進行包覆。模擬體液中的R-TiO2顆粒表面帶負電，Ca2+和PO43-通過電荷之間的靜電作用，吸附在了R-TiO2球形顆粒表面。隨著包覆時間的延長，HAp逐漸沉積到R-TiO2球形顆粒表面。XRD結

3、果顯示HAp衍射峰的強度隨著模擬體液濃度的增加和在模擬體液中包覆時間的延長而逐漸增強，表明復合粉體中HAp的含量在不斷增多；FTIR在波數(shù)為1050cm-1、960cm-1和3750cm-1處的特征吸收峰歸屬于HAp的PO43-和O-H; EDX結果表明了復合粉體中有Ca和P存在，且Ca/P均小于1.67，說明為缺鈣型磷灰石；SEM和TEM測試表明所得材料為核殼結構，HAp以片狀形式分布在了R-TiO2的表面，整個復合微球的粒徑可控制在

4、200～1000nm之間。高pH(7.25～7.65)的模擬體液，溶解的有效離子(Ca2+和PO43-)少，HAp包覆時間久、沉積量少，得到小片狀的HAp;通過降低模擬體液的pH(5.5～6.5)，溶解的有效離子(Ca2+和PO43-)增多，HAp包覆時間縮短、沉積量增多，得到大片狀的HAp；復合粉體中HAp的含量還可以通過調節(jié)R-TiO2與模擬體液之間的比例來進行調節(jié)。最后，選擇苯酚的光降解作為光氧化模型反應，對復合粉體的光催化活性進

5、行研究。UV-Vis結果顯示，復合粉體的性能較金紅石TiO2并未提高，隨著光照時間的延長，苯酚出現(xiàn)了中間產(chǎn)物苯醌和苯二酚等，礦化難以繼續(xù)，而且隨著磷灰石包覆量的增多，得到的中間產(chǎn)物越多，其光降解效果越差。
　　 (2)利用Goodwin方法，即用陽離子引發(fā)劑偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(AIBA),通過苯乙烯(St)的無皂乳液聚合制備了表面帶有正電荷，粒徑為400nm的單分散聚苯乙烯(PS)微球；將脫水后的PS微球分散到鈦酸丁酯(TBO

6、T)的無水乙醇溶液里，然后轉移至底部含水的蒸汽相水解裝置中，升高到不同溫度使TBOT緩慢水解，得到了A-TiO2包覆PS的納米復合微球；在未經(jīng)煅燒條件下，即得到TiO2包覆PS核/殼微球(其中TiO2為結晶銳鈦礦相)，經(jīng)煅燒后得到了A-TiO2中空微球。用苯酚作為光氧化模型反應，對其光催化活性進行了研究。XRD結果表明殼層TiO2的晶粒尺寸隨著反應溫度的升高而增大，反應溫度高于150℃時TiO2的結晶性良好；SEM和TEM測試表明所得材

7、料為核殼結構，殼層中A-TiO2粒徑約為6nm，較均勻地包覆在PS微球表面。TG和TEM結果說明可通過調節(jié)反應中TBOT的量來控制殼層TiO2的厚度。UV-Vis結果顯示在未經(jīng)煅燒條件下，所得到的雜化微球即具有一定的催化能力，經(jīng)過煅燒之后得到了中空TiO2微球，光降解效率在光照60min時相較P25提高了8％，光照90分鐘后與P25相同。論文首次采用蒸汽相水解方法在PS表面包覆了A-TiO2，在未經(jīng)煅燒條件下，即得到了完美結晶的殼層Ti