TiO-,2--SiO-,2-氣凝膠的常壓干燥法制備及其光催化應(yīng)用.pdf

1、TiO2/SiO2氣凝膠是由TiO2和SiO2的納米粒子均勻分散復(fù)合而成的氣凝膠材料，是一種優(yōu)良的光催化劑，其對(duì)氰化物、酚類污染物，NOx等污染物的降解效率遠(yuǎn)高于TiO2粉末，而且TiO2/SiO2氣凝膠是塊狀固體材料，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中幾乎可以100％地回收，有關(guān)TiO2/SiO2氣凝膠的研究已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以溶膠—凝膠法和常壓干燥工藝成功地制備出TiO2/SiO2氣凝膠，使氣凝膠的制備工藝大大簡(jiǎn)化。而后以無(wú)機(jī)

2、工業(yè)原料硫酸氧鈦和硅溶膠替代有機(jī)金屬醇鹽為原料，制得TiO2/SiO2氣凝膠，大幅度降低了制備成本。最后通過(guò)滴液成球法和常壓干燥工藝制備出SiO2氣凝膠小球和TiO2/SiO2氣凝膠小球，使氣凝膠光催化劑的應(yīng)用更加方便。以TiO2/SiO2氣凝膠為光催化劑對(duì)典型污染物吡啶的光催化降解也取得良好的效果。本文取得的主要進(jìn)展如下：1.TiO2/SiO2氣凝膠的常規(guī)制備方法必須通過(guò)超臨界干燥工藝，本文以鈦酸丁酯和工業(yè)硅溶膠為原料，

3、通過(guò)混合TiO2和SiO2的醇溶膠制備TiO2/SiO2復(fù)合溶膠，并在其中添加干燥控制化學(xué)添加劑甲酰胺，以形成具有完善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的醇凝膠，同時(shí)通過(guò)正硅酸乙酯的乙醇溶液對(duì)醇凝膠的浸泡，低表面張力溶劑乙醇的替換和分級(jí)陳化、干燥等步驟，實(shí)現(xiàn)了塊狀TiO2/SiO2氣凝膠的常壓干燥制備。并研究了鈦硅比、甲酰胺、硝酸、水、乙醇的含量對(duì)凝膠過(guò)程和氣凝膠品質(zhì)的影響。典型TiO2/SiO2氣凝膠樣品為無(wú)色或乳白色輕質(zhì)塊狀多孔固體，表觀密度約0

4、.4～0.9g·cm-3，500℃焙燒后比表面積為283.26m2/g，孔隙率80％，孔分布集中在2-30nm，平均孔徑12nm左右，由直徑約10nm的TiO2和SiO2微粒相互分散復(fù)合而成。其中SiO2的相態(tài)為無(wú)定型，TiO2為銳鈦礦型，并且隨著焙燒溫度的升高，直到800℃不發(fā)生相變化。TiO2/SiO2氣凝膠的常壓干燥制備簡(jiǎn)化了制備工藝，提高了制備效率，使氣凝膠光催化劑的實(shí)際應(yīng)用成為可能。2.吡啶是焦化廢水中典型的難降解有

5、機(jī)物，本文研究了TiO2/SiO2氣凝膠光催化降解吡啶的性能，并和TiO2粉末的光催化效果進(jìn)行對(duì)照，研究了氣凝膠的鈦硅比、焙燒溫度以及反應(yīng)溫度、空氣導(dǎo)入量對(duì)光催化效果的影響。結(jié)果表明無(wú)論弱酸性、中性還是弱堿性條件下，氣凝膠對(duì)吡啶的降解效果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于TiO2粉末，其中弱堿性條件下(pH=9)TiO2/SiO2氣凝膠的光催化活性最高，6.5h時(shí)吡啶的降解率已達(dá)97％，而此時(shí)TiO2粉末對(duì)吡啶的降解率僅為70％。TiO2和SiO2

6、摩爾比為1:5，焙燒溫度為800℃時(shí)TiO2/SiO2氣凝膠的光催化活性最好。向反應(yīng)溶液中通空氣能較大幅度提高光催化反應(yīng)的速率。論文還對(duì)TiO2/SiO2復(fù)合氣凝膠光催化降解吡啶的機(jī)理進(jìn)行了初步探討。3.以無(wú)機(jī)工業(yè)原料硫酸氧鈦為前驅(qū)體，替代鈦酸丁酯制備出TiO2溶膠，再與硅溶膠混合制備，TiO2/SiO2醇凝膠，最后通過(guò)常壓干燥法制得TiO2/SiO2氣凝膠，其比表面積在300m2/g以上，孔分布集中，以2-15nm的中孔為主

7、，品質(zhì)特征與鈦酸丁酯和硅膠溶為原料制備的TiO2/SiO2氣凝膠基本一致。以硫酸氧鈦和硅溶膠為原料制得TiO2/SiO2氣凝膠，從原料方面進(jìn)一步降低了的制備成本。4.通過(guò)滴液成球法和常壓干燥工藝制備出SiO2氣凝膠小球和TiO2/SiO2氣凝膠小球。SiO2氣凝膠小球?yàn)槿榘咨p質(zhì)固體，密度約300kg·m-3，大小均勻，直徑可控制在1-5mm范圍內(nèi)，比表面積為271.89m2·g-1，孔分布集中在5-50nm。TiO2/Si

8、O2氣凝膠小球是以硫酸氧鈦和硅溶膠為原料制備的，粒徑為2-5mm，比表面積為479m2/g，平均孔徑12.6nm，孔分布集中在2-20nm，小孔含量少。并且TiO2/SiO2氣凝膠小球的密度小，透明度高，大小均勻，粒徑可控，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠滿足大規(guī)模污水治理的要求。以硫酸氧鈦和硅溶膠為原料制備SiO2氣凝膠小球和TiO2/SiO2氣凝膠小球的方法為工業(yè)制備氣凝膠產(chǎn)品提供了可行的路線，同時(shí)也使TiO2/SiO2氣凝膠光催化