氧化鈦基納米管的制備、改性及光催化性能研究.pdf

1、TiO2是一種價廉易得、無毒、且具有較高催化活性的光催化劑,TiO2納米管是TiO2納米材料的一種特殊形貌,具有較高的吸附能力,納米管的管狀結構使光生電子、空穴逃逸到納米管表面參與氧化還原反應只需要皮秒的時間,降低了電子與空穴的復合幾率,從而能夠提高光量子效率,因此TiO2納米管有望提高TiO2光電轉換效率、光催化性能,對它的研究有一定的意義。
　　本文以尺寸約為20 nm的TiO2粉體為前驅(qū)體采用水熱法制備出了具有一定管狀形貌的

2、H2TiO3.nH2O納米管,分別采用兩步水熱法和煅燒法制備TiO2納米管。對其進行非金屬摻雜制備出改性TiO2納米管。以甲基橙溶液和KNO3溶液為模擬廢水,研究了氧化鈦基納米管對甲基橙溶液和KNO3溶液的光催化降解性能,主要研究結果如下:
　　1.氧化鈦基納米管材料的制備及改性
　　(1)以鈦酸四丁酯為原材料采用水熱法制備TiO2納米粉體,通過XRD、SEM等手段對其進行表征發(fā)現(xiàn),TiO2納米粉體是一種球狀顆粒約為20 n

3、m。該TiO2納米粉體具有金紅石相和銳鈦礦,其中金紅石相含量為23％,銳鈦礦含量為77%。
　　(2)以自制的 TiO2納米粉體為前驅(qū)體采用水熱法制備出具有管狀形貌的H2TiO3.nH2O,在此基礎上分別采用煅燒法和二次水熱法制備TiO2納米管,用XRD、SEM、TEM等手段對其進行了表征,發(fā)現(xiàn)得到的H2TiO3.nH2O納米管為無定型結構,高度無序的纏繞在一起,管徑20 nm左右管長200 nm左右,制得的TiO2納米管材料具有

4、銳鈦礦結構。
　　(3)采用二次水熱法制備了Cl和S摻雜的改性TiO2納米管,通過FT-IR分析表明摻雜S以SO42-形態(tài)螯合在TiO2納米管內(nèi)部。
　　2.氧化鈦基納米管材料的光催化性能
　　(1)以鈉燈為模擬可見光源,以甲基橙溶液為模擬廢水,研究所制備的催化劑的光催化性能,結果發(fā)現(xiàn):
　　1 H2TiO3.nH2O納米管的光催化活性較低,經(jīng)過150 min光催化反應,甲基橙的降解率只有24.7%;
　　

5、2 TiO2納米管材料的光催化性能有所提高,其中煅燒法(400℃,2 h)制得的催化劑在光催化反應150 min后,對甲基橙的降解率達到50.0%,兩步水熱法(120℃,6 h)制得的TiO2納米管光催化反應150 min后,對甲基橙的降解率達到75.0%。
　　3改性TiO2納米管材料的光催化性能優(yōu)異,其中摻雜Cl的TiO2納米管材料在光催化反應150 min后,對甲基橙的降解率達到98.0%,摻雜S的TiO2納米管材料在光催化

6、反應150 min后對甲基橙的降解率近100%。
　　(2)本文以高壓鈉燈為模擬可見光源,以KNO3為模擬廢水,研究所制備的光催化劑對NO3-的光催化降解性能,結果發(fā)現(xiàn):S摻雜TiO2納米管材料對NO3-有顯著的降解活性。通過實驗研究了空穴捕獲劑及其加入量、硝酸鹽初始濃度等因素的影響,尋找到了較佳處理條件。在以HCOOH為空穴捕獲劑,其加入量為0.04 mol/L,硝酸鹽初始濃度為50 mg/L下,降解150 min后NO3--N