高熱穩(wěn)定性納米銳鈦型TiO-,2-的制備、機(jī)理及光催化性能研究.pdf

1、銳鈦礦相納米二氧化鈦由于比表面積大，表面活性高，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)廣泛用作光催化材料。但是在高溫使用的環(huán)境中，如作為自清潔陶瓷的滅菌劑在表面固化時(shí)，高溫導(dǎo)致顆粒出現(xiàn)團(tuán)聚和長大，極大地降低了光催化滅菌活性。因此，高熱穩(wěn)定性納米TiO2的制備及機(jī)理研究成為目前研究的熱點(diǎn)。 本論文對(duì)銳鈦礦相納米二氧化鈦的制備及熱穩(wěn)定機(jī)制進(jìn)行了研究，以TiCl<,4>為前驅(qū)體，采用沸騰回流法和水熱法制備了納米氧化鈦。利用X射線衍射(XRD)，紅外光譜(

2、IR)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、x光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman)等分析手段比較了添加劑對(duì)產(chǎn)物晶型，形貌及熱穩(wěn)定性的影響，并初步分析了銳鈦礦相納米二氧化鈦的形成及熱穩(wěn)定性機(jī)理。 本論文的主要研究內(nèi)容包括： 第一部分，銳鈦礦相納米二氧化鈦晶體的制備采用沸騰回流強(qiáng)迫水解法，通過向反應(yīng)物中添加不同的添加劑，確定添加磷酸鹽有利于高熱穩(wěn)定性銳鈦礦相納米二氧化鈦的生成。當(dāng)[Ti]:[PO<

3、,4><'3->]≥1:0.01M時(shí)，產(chǎn)物為純銳鈦礦相，小于該比例時(shí)產(chǎn)物為混晶。1.0MTiCl<,4>直接水解產(chǎn)物中銳鈦礦相含量為38％，在600℃煅燒時(shí)基本轉(zhuǎn)化為金紅石型。添加0.08M磷酸鹽極大提高了銳鈦礦相二氧化鈦的相轉(zhuǎn)化溫度，1000℃煅燒時(shí)依然保持純銳鈦礦相的結(jié)構(gòu)。 第二部分，銳鈦礦相納米二氧化鈦的形成機(jī)理及熱穩(wěn)定機(jī)制利用磷鉬藍(lán)分光光度法探討了磷酸鹽離子對(duì)反應(yīng)過程中的影響作用。利用紅外光譜,XPS等分析手段分析了銳鈦

4、礦相氧化鈦的熱穩(wěn)定機(jī)制。得出的結(jié)論是：鈦鹽與水反應(yīng)首先是形成TiO<,6><'2->八面體。TiO<,6><'2->八面體不同的結(jié)合方式形成不同晶型的二氧化鈦。溶液中磷酸鹽的存在影響了第三個(gè)八面體的排列位置。由于磷酸鹽的存在形成空間位阻，使得第三個(gè)八面體以Z字形鏈排列從而形成銳鈦礦相結(jié)構(gòu)。XPS分析結(jié)果表明在煅燒過程中，磷酸鹽逐漸向氧化鈦表面移動(dòng)，形成空間位阻，阻止了產(chǎn)物向金紅石相轉(zhuǎn)變。隨著煅燒溫度的提高，內(nèi)部磷酸鹽含量減少，產(chǎn)物在顆粒

5、內(nèi)部先形成金紅石型二氧化鈦晶核。 第三部分，添加磷酸鹽所得產(chǎn)物的光催化性能以甲基橙為模擬污染物，對(duì)產(chǎn)物的光催化性能進(jìn)行了測(cè)試。采用磷酸鹽沸騰回流強(qiáng)迫水解法制備出30-50nm的銳鈦型TiO<,2>,考察了反應(yīng)條件對(duì)甲基橙降解率的影響。對(duì)制備粉體進(jìn)行煅燒可以極大提高銳鈦型TiO<,2>的光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)甲基橙溶液的初始pH為2，二氧化鈦600℃煅燒2h，TiO<,2>添加量為0.8g/L時(shí)，甲基橙的降解率在75 min