中空TiO2和TiO2-ZrO2微球的制備及其光催化性能研究.pdf

1、二氧化鈦半導體光催化劑以其無毒、制備簡易及廉價等特點而成為最常用光催化劑的主要材料。但是,純二氧化鈦光催化劑存在光生載流子復合率高、量子效率偏低等缺陷,直接應用受到一定的限制。而將某些金屬氧化物與 TiO2耦合制備成復合物可以顯著提高TiO2的光催化性能。這是由于當兩種或兩種以上的半導體復合后,材料內部可能形成異質結,其光化學、光物理方面的性質會發(fā)生改變,不僅能調節(jié)單一材料的性能,而且還往往產生新的特性。其次,微納米級的粉體光催化劑表面

2、具有親水性,在溶液中容易下沉而造成二次污染,這也制約了其在工業(yè)中的應用。本文為解決上述難題為著眼點,采用硬模板-水熱法合成了具有中空交錯結構的TiO2-ZrO2復合光催化劑,對其結構及性能進行了表征,并以模擬染料廢水亞甲基藍溶液為目標降解物,評價了中空TiO2-ZrO2交錯復合微球的光催化性能,并在此基礎上對所合成的中空TiO2-ZrO2表面改性處理,使其具有表面雙親性,為進一步深入研究進行了有意義的探討。主要研究結果如下:
　　

3、(1)以PMMA微球為模板,采用水熱法及煅燒處理制備了TiO2中空微球。通過單因素實驗,優(yōu)化了該水熱反應的合成條件:水熱時間為6 h,水熱溫度為120℃,煅燒溫度為500℃時,TiO2中空微球呈規(guī)則球形,銳鈦礦相,平均粒徑在1μm左右,具有良好的光催化活性。以MB溶液為模型反應,考察了其光催化性能,在高壓汞燈照射下,30 min對MB溶液的降解率達到99.5％。
　　(2)以PMMA微球為模板,采用硬模板-水熱法在160℃,10

4、h條件下合成了中空TiO2-ZrO2交錯復合微球,直徑在0.7~2μm,比表面積為224.6 m2/g,具良好的紫外光催化活性。初步探討認為,與ZrO2的復合減小了TiO2納米粒子的粒徑,增大其比表面積。在汞燈輻照下,對10 mg/L的MB溶液在45 min時降解率已達到96.7％。其特殊的空心結構可以將目標降解物 MB分子進行更強的吸附,使其與催化劑的接觸面積增加,從而提高催化劑的催化效率。
　　(3)采用硅烷偶聯(lián)劑KH832對