纳米TiO膜的制备及光催化降解甲基橙的研究

• 作 者: 刘丽秀
• 机 构: 四川大学
• 出 处: 四川大学
• 发表日期: 2006年8期
• 关键词: TiO2薄膜

TiO<,2>光催化降解有机污染物是一种新型的环境治理技术，该方法可将众多有机物完全矿化去除。由于粉末态TiO<,2>在使用过程中存在分离与回收再生困难的问题，因此固载化的。TiO<,2>薄膜作为绿色环保材料可望在空气净化、废水处理、抗菌除菌、除污防雾、自清洁等多方面作出积极贡献。
本文首先以普通载玻片为载体，以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，采用溶胶凝胶．浸渍提拉法制备了TiO<,2>薄膜，以及含SiO<,2>底膜的TiO<,2>薄膜。实验结果表明，制备最佳的TiO<,2>薄膜的工艺条件为：焙烧温度500℃，焙烧时间1.5h，膜层数为6。当用稀硝酸对TiO<,2>薄膜进行后处理或在载体上预镀SiO<,2>底膜，其光催化活性明显提高。
然后制备了含SiO<,2>的TiO<,2>复合薄膜，并制备了稀土元素La、Ce非均匀修饰的SiO<,2>-TiO<,2>复合薄膜。结果表明，SiO<,2>掺杂的TiO<,2>薄膜与未掺杂SiO<,2>的TiO<,2>薄膜相比，其光催化活性提高了20[％]；对于稀土金属离子掺杂的复合薄膜，采用非均匀方式掺杂效果明显优于均匀方式掺杂，且La、Ce均有各自的最佳掺杂量，分别为0.2mol[％]、0.04mol[％]，此时其光催化活性分别提高了15[％]、42[％]。
分别以水为溶剂，H<,2>O<,2>为络合剂制备含TiO<,2>的水溶胶，并通过在水溶胶中引入造孔剂聚乙二醇以及Zn(NO<,3>)<,2>等制备过渡金属修饰的多孔纳米TiO<,2>复合薄膜。结果表明，引入过渡元素Zn会对TiO<,2>薄膜活性产生明显的不利影响；负载的TiO<,2>薄膜的活性随使用次数的增加并无明显的降低，再生性能好；而当膜层数较少时薄膜中TiO<,2>的负载量与膜层数之间存在线性关系。
当选择比表面较大的硅胶为载体时，以醇溶胶-浸渍-光还原法制备了贵金属Ag改性的TiO<,2>薄膜，并通过XRD、SEM、BET等技术，对该催化剂的形貌进行表征。结果表明，银掺杂改性的Ag-TiO<,2>/硅胶催化剂，其催化性能比未掺杂的光催化性能显著提高，前者比后者提高了1倍，此时最佳掺银量为O.1mol％；XRD分析表明该催化剂中的TiO<,2>为锐钛矿与金红石的混合物，表明银的掺杂会促进TiO<,2>的晶型转变。
以偶氮染料甲基橙的光催化降解反应为模型反应，考察了不同制备条件下的TiO<,2>薄膜对甲基橙水溶液的催化降解性能。结果表明，酸性和碱性条件下甲基橙水溶液均可得到较好的降解效果，但酸性条件下更有利于薄膜催化性能的发挥。当加入少量的H<,2>O<,2>0，反应速率显著提高；不同初始浓度的甲基橙溶液的降解符合一级反应动力学特征。