鈦氧納米管的修飾、表征及性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益受到重視。水污染是目前亟待解決的一大難題。對污水的處理方法很多，其中利用納米Ti02光催化分解有機污染物、吸附重金屬離子，是一種很有發(fā)展前途的新型水處理技術。Ti02是一種重要的無機功能材料，因其具有濕敏、氣敏、光電轉換、介電效應及優(yōu)越的光催化等性能，使其在傳感器、介電材料、光電材料、自潔材料和催化劑及載體等領域具有廣泛的應用前景。與普通Ti02納米粉體相比，由Ti02轉化而來的鈦氧納米管具有特殊的管

2、狀結構，高的比表面積和更強的吸附能力，更適合做催化劑或催化劑載體。但是，由于Ti02光催化劑帶隙較寬，只能被波長較短的紫外線激發(fā)，故使得太陽能的利用率很低；而且，由于光激發(fā)產生的電子．空穴對易復合，導致光量子效率很低。此外，水熱法制備的Ti02納米管穩(wěn)定性較差，稍高的焙燒溫度或強紫外光照射就會破壞其管狀結構。為改善其結構性能，本文以水熱法制備的納米管為模板，將其浸漬到溶膠中合成高穩(wěn)定性的Ti02納米管。同時對納米管進行修飾，提高其催化性

3、能、重金屬離子吸附性能。本論文的研究內容主要包括以下方面：
　　 一、以銳鈦礦型Ti02粉體為原料，通過水熱處理制備Ti02納米管(Ti02-NTsA)。首次以水熱法制備的Ti02納米管為模板，將其浸漬到含鈦溶膠中合成高穩(wěn)定性的Ti02納米管(Ti02-NTsB)。采用透射電子顯微鏡(TEM)，X射線衍射(XRD)，熱分析實驗(TG-DTA)和拉曼光譜(Raman)等對樣品進行了表征。樣品的光催化活性通過光催化降解甲基橙來評價。

4、詳細討論了焙燒溫度對合成的高穩(wěn)定性Ti02納米管(Ti02-NTsB)的光催化活性的影響。光催化性能研究表明：400℃為Ti02-NTsB的最佳焙燒條件。400℃焙燒后，Ti02-NTsB仍保持其完整的管狀結構且光催化活性最高。
　　 二、首次以H2PtC16作為鉑前驅體，以合成的高穩(wěn)定性的Ti02納米管(Ti02-NTsB)作為載體，通過光還原法制備鉑修飾的Ti02納米管(Pt/Ti02-NTsB)，采用透射電子顯微鏡(TEM

5、)，X射線衍射(XRD)，紫外可見吸收光譜(UV-vis)，氮氣吸附等對樣品進行了表征。并對Pt/Ti02-NTsB的光催化活性和催化加氫活性進行了系統研究，詳細討論了載體、鉑負載量等因素對光催化活性和催化加氫活性的影響。結果表明，光還原過程中Ti02-NTsB能保持其完整的管狀結構，與Pt/Ti02-NTsA相比，Pt/Ti02-NTsB的催化活性更好。
　　 三、首次以水熱法制備的Ti02納米管(Ti02-NTsA)為模板，

6、將其浸漬到氫氧化鐵溶膠中，通過焙燒得到鐵包覆的Ti02納米管(Fe/Ti02-NTsA)。采用透射電子顯微鏡(TEM)，X射線衍射(XRD)，紫外可見吸收光譜(UV-vis)和原子吸收光譜(AAS)等對樣品進行了表征。產物的光催化活性通過光催化降解甲基橙來評價。并詳細討論了焙燒溫度、氫氧化鐵溶膠濃度及溶液的pH值對Fe/Ti02-NTsA納米管熱穩(wěn)定性和光催化活性的影響。結果表明：采用本方法制備的Fe/Ti02-NTsA同時具有較高的熱

7、穩(wěn)定性和光催化性能。在400℃焙燒的情況下，Fe/Ti02-NTsA擁有完整的納米管結構和高的光催化活性。此外，溶液的pH值對Fe/Ti02-NTsA的光催化活性也有影響。當溶液的pH為2.4時，Fe/Ti02-NTsA的光催化活性最高，且重復率好。
　　 四、首次在水熱法制備鈦酸鹽納米管的基礎上，通過形成黃原酸基反應合成了CS2修飾的鈦氧納米管。采用粉末X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紅外(FT-IR)和拉曼光譜(R

8、aman)等對產物進行了表征。并以水溶液中鉛離子、銅離子和銀離子作為目標重金屬離子，分別用純鈦酸鹽納米管和C52修飾后的鈦氧納米管對其進行反應和吸附，通過一系列對比性實驗，評價了不同形式納米管去除重金屬的能力。結果表明，與普通粉體相比，納米管去除重金屬的能力增強。特別是鈦酸鹽納米管經C52修飾后，去除重金屬的能力明顯增強。CS2修飾前，納米管去除重金屬pb2+，Ag+和Cu2+的能力分別是599.37，163.22和474.73 mg/

9、g。CS2修飾后，納米管去除重金屬pb2+，Ag+和CU2+的能力分別是663.37，160.21和423.05 mg/g。
　　 五、在通過形成黃原酸基化學反應制備二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管來去除污水中的重金屬離子的基礎上，重點研究二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管(CS2/Ti02-NT)的光催化活性。此外，pb2+通過離子交換負載到二硫化碳修飾納米管上，得到pb2+負載的二硫化碳修飾鈦酸鹽納米管(Pb/CS2/Ti02-NT)。采用透

10、射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)、原子吸收光譜(AAS)、紫外可見吸收光譜(UV-vis)和氮氣吸附等對樣品進行了表征。對合成的樣品的光催化性能進行系統研究，光催化活性通過光催化降解甲基橙來評價。討論了焙燒溫度、焙燒氣氛及物理吸附在納米管表面的pb2+對光催化活性的影響。結果表明，CS2/Ti02-NT和Pb/CS2/Ti02-NT光催化性能的最佳條件為氮氣氣氛下500℃焙燒。此外，物理吸附的pb