負(fù)載型摻雜介孔TiO-,2-的制備及其性能研究.pdf

1、環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，給人類的發(fā)展帶來了很大的危機(jī)?，F(xiàn)在，人們迫切需要開發(fā)出能夠經(jīng)濟(jì)有效地利用能源且并不污染環(huán)境的新型功能材料和開發(fā)利用新的污染物治理技術(shù)-光催化技術(shù)。納米TiO2正是這種能夠凈化環(huán)境的綠色功能材料，它不僅具有氧化能力強(qiáng)、無選擇性、能耗低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有價(jià)廉、無毒、可長期使用等特點(diǎn)；而且以納米TiO2半導(dǎo)體為主的光催化技術(shù)成為近年來光催化技術(shù)研究的熱點(diǎn)。其中，介孔TiO2由于具有較大的比表面積，

2、較高的孔體積，而受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暋１疚闹饕獓@介孔TiO2光催化劑的合成、表征、負(fù)載及性能等方面的研究開展下面的工作。
　　 本文以聚乙二醇-400（PEG-400）和二乙醇胺（DEA）為復(fù)合模板劑，采用溶膠-凝膠法（Sol-gel）合成介孔TiO2納米粉體。通過分析各單因素實(shí)驗(yàn)，確定了復(fù)合模板劑制備介孔TiO2的最佳工藝條件：鈦酸丁酯與乙醇的摩爾比為1：10；復(fù)合模板劑二乙醇胺（DEA）與聚乙二醇-400（PEG-400

3、）的摩爾比為5：4：水與硝酸的加入量分別為0.4ml、0.3ml；并將水、無水乙醇和pH調(diào)節(jié)劑硝酸配置成混合液，采用滴加的方式加入；控制反應(yīng)溫度為30℃。經(jīng)400℃煅燒處理2h后，復(fù)合模板劑可以完全去除，且得到所需要的TiO2晶型-銳鈦礦型；測試表明，合成的粉體為類球形粒子，樣品呈現(xiàn)出均勻分布的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小約為10nm。
　　 對(duì)制備的介孔TiO2粉體進(jìn)行摻N研究。探討了N摻雜對(duì)純介孔TiO2物相、光催化性等的影響。結(jié)果表

4、明：摻雜不同量N后的樣品均呈現(xiàn)出銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)，而無其它新相出現(xiàn)，說明N元素的摻入并未影響銳鈦礦的生成；光催化降解焦化廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，摻3molN的粉體處理效果最佳，光催化降解4h后原廢水CODcr的總?cè)コ蔬_(dá)到50％以上。
　　 本文還以辛基苯酚聚氧乙烯醚（OP）為模板劑合成介孔TiO2粉體，通過正交實(shí)驗(yàn)尋求了最優(yōu)化配方，即為鈦酸丁酯1mol，無水乙醇用量為12mol，OP用量為0.75mol，HNO3體積為0.2ml，蒸

5、餾水體積為0.1ml。從極差結(jié)果分析可知，蒸餾水量及模板劑OP量對(duì)TiO2凝膠的影響較大，而硝酸用量對(duì)TiO2凝膠的影響最小。通過光學(xué)顯微鏡觀察最優(yōu)化配方得到的TiO2凝膠發(fā)育狀態(tài)良好，且呈現(xiàn)均勻分布的孔結(jié)構(gòu)；經(jīng)推測可知，介孔形成機(jī)理為廣義模板機(jī)理。
　　 通過交聯(lián)劑的作用，使鍵合于TiO2納米顆粒表面上的淀粉分子發(fā)生共聚反應(yīng)，形成納米介孔TiO2-交聯(lián)淀粉復(fù)合微球，實(shí)現(xiàn)了介孔TiO2在微球上的負(fù)載。合成的復(fù)合微球形態(tài)圓整，平均

6、粒徑為21.2μm；表面具有豐富的孔結(jié)構(gòu)，可使被降解物與TiO2進(jìn)行充分的接觸，有利于提高被降解物的吸附與降解速率；納米介孔TiO2-交聯(lián)淀粉復(fù)合微球的結(jié)晶度由于TiO2的存在顯著降低。
　　 本論文研究工作在以下幾方面做出了創(chuàng)新成果：1）以PEG-400和DEA為復(fù)合模板劑合成了孔徑均勻的介孔TiO2，優(yōu)化了合成工藝參數(shù)。2）初步研究了以交聯(lián)淀粉微球?yàn)檩d體的介孔TiO2負(fù)載工藝，探討了介孔TiO2-交聯(lián)淀粉復(fù)合微球的合成機(jī)理。