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掺杂纳米TiO2粉体及薄膜的制备与光催化性能研究

掺杂纳米TiO2粉体及薄膜的制备与光催化性能研究

作     者:王冬至 

作者单位:西华大学 

学位级别:硕士

导师姓名:魏晓伟

授予年度:2007年

学科分类:08[工学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 0803[工学-光学工程] 

主      题:纳米二氧化钛 掺杂 光催化 甲基橙 纳米二氧化钛薄膜 

摘      要:纳米TiO光催化剂在紫外光照射下,能够将绝大多数有机污染物彻底矿化分解,在污染治理,特别是污水治理中,具有诱人的前景,各国都进行了广泛的研究。 本文以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备纳米级的TiO粉体材料和玻璃负载的纳米TiO薄膜材料。重点考察了煅烧温度对纳米TiO粉体晶相转变的影响,通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等方法分析了TiO晶相转变温度以及晶粒尺寸等微观形貌;通过光催化降解实验,探讨了光照时间、催化剂用量、酸度等因素对纳米TiO光催化活性的影响。结果表明:单独掺杂V、Ag会提高TiO的晶相转变温度,而单独掺杂La不能改变TiO的晶相转变温度;V-Ag双掺杂和V-La双掺杂能提高TiO由锐钛矿相向金红石相转变的温度;光照时间、催化剂用量、酸度等因素对纳米TiO光催化活性都有一定的影响,适当延长光照时间、提高催化剂的用量、增加酸度,对TiO光催化活性都有不同程度的提高,不同催化剂对甲基橙的降解率由大到小顺序依次为: TiO/V-AgTiO/AgTiO/V-LaTiO/LaTiO/V纯纳米TiO。 由于固定化的催化剂比粉体催化剂更容易和方便地应用于实际的污染治理中,所以又用溶胶-凝胶法在玻璃片上制备了TiO薄膜型光催化剂,研究了加水量、模板剂的添加量、升温速度等因素对薄膜质量的影响,通过XRD、SEM等表征手段,对薄膜的组成和形貌进行了研究,并将所制薄膜催化剂用于甲基橙的光催化降解。结果表明:当热处理为500℃恒温2h的时候,在玻璃片上负载的TiO均为锐钛矿型;随着加水量的增加,薄膜的孔尺寸不是线性分布,当n(HO)/n[Ti(OCH)]=3时,孔尺寸最大;适当添加模板剂可以减少在煅烧时薄膜出现裂纹的几率;过快的升温速度会影响薄膜的制备,升温速度在1-2℃/min下能够制备出质量完好的TiO薄膜。实验制得的TiO薄膜在酸性条件下对甲基橙溶液有明显的降解效果。

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