TiO-,2--SiO-,2-氣凝膠的常壓干燥法制備及其光催化應用.pdf

1、TiO2/SiO2氣凝膠是由TiO2和SiO2的納米粒子均勻分散復合而成的氣凝膠材料，是一種優(yōu)良的光催化劑，其對氰化物、酚類污染物，NOx等污染物的降解效率遠高于TiO2粉末，而且TiO2/SiO2氣凝膠是塊狀固體材料，實驗過程中幾乎可以100％地回收，有關TiO2/SiO2氣凝膠的研究已經(jīng)引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注。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化。而后以無機

2、工業(yè)原料硫酸氧鈦和硅溶膠替代有機金屬醇鹽為原料，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用更加方便。以TiO2/SiO2氣凝膠為光催化劑對典型污染物吡啶的光催化降解也取得良好的效果。本文取得的主要進展如下：1.TiO2/SiO2氣凝膠的常規(guī)制備方法必須通過超臨界干燥工藝，本文以鈦酸丁酯和工業(yè)硅溶膠為原料，

3、通過混合TiO2和SiO2的醇溶膠制備TiO2/SiO2復合溶膠，并在其中添加干燥控制化學添加劑甲酰胺，以形成具有完善網(wǎng)絡結構的醇凝膠，同時通過正硅酸乙酯的乙醇溶液對醇凝膠的浸泡，低表面張力溶劑乙醇的替換和分級陳化、干燥等步驟，實現(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、乙醇的含量對凝膠過程和氣凝膠品質(zhì)的影響。典型TiO2/SiO2氣凝膠樣品為無色或乳白色輕質(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微粒相互分散復合而成。其中SiO2的相態(tài)為無定型，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化了制備工藝，提高了制備效率，使氣凝膠光催化劑的實際應用成為可能。2.吡啶是焦化廢水中典型的難降解有

5、機物，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行對照，研究了氣凝膠的鈦硅比、焙燒溫度以及反應溫度、空氣導入量對光催化效果的影響。結果表明無論弱酸性、中性還是弱堿性條件下，氣凝膠對吡啶的降解效果都遠遠優(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時吡啶的降解率已達97％，而此時TiO2粉末對吡啶的降解率僅為70％。TiO2和SiO2

6、摩爾比為1:5，焙燒溫度為800℃時TiO2/SiO2氣凝膠的光催化活性最好。向反應溶液中通空氣能較大幅度提高光催化反應的速率。論文還對TiO2/SiO2復合氣凝膠光催化降解吡啶的機理進行了初步探討。3.以無機工業(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，從原料方面進一步降低了的制備成本。4.通過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氣凝膠小球為乳白色輕質(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，有一定的機械強度，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，同時也使TiO2/SiO2氣凝膠光催化