納-微米TiO-,2-薄膜的自組裝制備及光催化性研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于廢水廢氣凈化的催化劑、涂料、陶瓷、抗菌劑等領(lǐng)域。由于TiO2粉體在光催化過(guò)程中易失活、易團(tuán)聚、難回收等，使其在應(yīng)用中受到一定限制，而負(fù)載型TiO2薄膜的制備可避免這些弊端。 本文采用溶膠-凝膠法及自組裝技術(shù)，分別以廉價(jià)的四氯化鈦(TiCh)、硫酸氧鈦(TiOSO4)為原料，以SiO2球、普通載玻片為載體進(jìn)行了TiO2/SiO2、TiOz/glas

2、s復(fù)合材料的制備；進(jìn)行了聚乙二醇(PEG)、離子摻雜及酸處理改性研究；研究了表面活性劑對(duì)TiO2粒子形貌和粒徑的調(diào)控規(guī)律；并對(duì)樣品的光催化性能等進(jìn)行了探討。 本文的主要研究?jī)?nèi)容包括： 1.以TiCh為原料，SiO2球?yàn)檩d體，制備了納米TiO2/SiO2薄膜，研究了不同聚合度的PEG、Fe3+摻雜及PEG2000和Fd3+共摻雜對(duì)樣品的影響。 結(jié)果表明：以8mmol/L的十二烷基硫酸鈉(SDS)為自組裝介質(zhì)、采用水

3、浴80℃制膠和組裝可得到粒徑均勻且量多的TiO2；隨著PEG含量增加，薄膜的孔密度、孔徑逐漸增大且更加均勻；PEG含量過(guò)高、組裝次數(shù)過(guò)多、PEG聚合度過(guò)大時(shí)，TiO2薄膜均易出現(xiàn)裂縫。PEG2000摻雜時(shí)，得到銳鈦礦與金紅石的混晶；銳鈦礦相對(duì)含量隨PEG2000濃度的增大而提高。光催化實(shí)驗(yàn)表明：添加PEG時(shí)，光催化性能有所提高，PEG600、PEG2000、PEG20000的光催化最佳濃度分別為12.0％、2.0％和0.10％；PEG2

4、000摻雜時(shí)組裝二次光催化性最佳；Vc3+摻雜能提高光催化效果，F(xiàn)e3+最佳濃度為0.00125％：PEG2000與Fe3+離子共摻雜時(shí)，光催化性能高于任一單獨(dú)摻雜。 2.以TosO4為原料，SiO2球?yàn)檩d體，研究了TiOSO4-H2O-乙二醇(C2H6O2)體系中制備TiO2/SiO2薄膜的條件，并進(jìn)行了Cu2+摻雜、硫酸(H2SO4)改性及其光催化性能研究。 該體系制備TiO2/SiO2的最佳條件為：TiOsO4(1

5、.07mol/L)、乙二醇、H2O體積比為2：3：3；80℃水浴制膠30min；80℃水浴組裝2h；隨水浴陳化12h：550℃熱處理2.5h。與以TiCl4為原料相比，該法制得的納米TiO2粒徑更加細(xì)小，銳鈦礦相含量相對(duì)較高。未摻雜時(shí)，550℃熱處理所得樣品的光催化效果最好；Cu2+摻雜能提高光催化效果，最佳濃度為0.10％，組裝三次光催化性最佳；TiO2薄膜經(jīng)H2SO4處理后光催化效果也得到提高。 3.以Tich為原料，普通載玻片為載

6、體制備TiO2/glass薄膜，研究了非離子表面活性劑PEG2000和陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)對(duì)TiO2的形貌、粒徑、結(jié)構(gòu)的影響及其光催化性能。 PEG2000和SDBS均能調(diào)控TiO2粒子的形貌和粒徑。添加PEG2000時(shí)，熱處理環(huán)境和PEG2000的濃度對(duì)TiO2粒子的表面形貌都有影響，密閉條件下熱處理時(shí)，隨PEG2000濃度的增加，TiO2粒子逐漸由棒狀變?yōu)榍驙?；通空氣條件下熱處理時(shí)，TiO2粒子由不規(guī)

7、狀逐漸變?yōu)橐?guī)則的卵石狀，且通空氣條件得到TiO2的粒徑較大。添加SDBS水浴條件制備時(shí)，隨SDBS濃度的增加，TiO2粒子逐漸由棒狀變?yōu)榍驙?，最終又變?yōu)榘魻?，?dāng)SDBS濃度為2.0％時(shí)，TiO2薄膜呈現(xiàn)為直徑約3um的圓環(huán)相互連結(jié)構(gòu)成的網(wǎng)狀；超聲條件制備時(shí)，TiO2粒子為類蟲(chóng)狀。無(wú)論添加PEG2000還是SDBS，隨其濃度的增加，所得TiO2粒子的粒徑均先減小后增大。XRD的研究表明，隨PEG2000濃度的增加，金紅石相對(duì)含量逐漸提高；