论文部分内容阅读
二氧化钛由于具有高活性、安全无毒、化学性质稳定及成本低等优点,被广泛应用于环境保护、太阳能转化、化妆品、纺织、涂料、橡胶等领域。在一些领域二氧化钛大规模的生产应用受到二氧化钛量子效率低和禁带宽度宽对太阳能利用率低的缺陷的限制,而在另一些领域则受到二氧化钛耐候性特别是耐光性差的限制。本文针对不同行业应用的需要,着眼于二氧化钛的大规模生产应用,采用偏钛酸(工业品)为原料,对水热法制备二氧化钛进行研究。同时采用水热法对二氧化钛进行光催化修饰改性研究,做到既能增强光活性,又能抑制光活性。1. 水热法制备纳米二氧化钛及其等电点的研究以偏钛酸为原料,在不同的水热反应温度(150~200℃)和不同的水热反应时间(2~8 小时)条件下合成二氧化钛粉体。通过 XRD、TG 表征确定合成二氧化钛的反应条件为温度 200℃、时间 6 小时。在 200℃、6 小时的水热反应条件下,调节不同的 pH(1,3,5,7,9,11,13)合成出一系列粉体,并对粉体进行 XRD、TEM 和 Zeta 电位表征。根据 XRD 表征,在 200℃、6 小时及不同的 pH 反应条件下合成的粉体其晶型均为锐钛型。根据 TEM 表征,粉体粒径为 15~40nm。对微粒的等电点结果进行分析:pH 1,3,5,11,13 水热条件下合成的微粒等电点为 5.5;pH 7,9 水热条件下合成的微粒等电点为 4.5 。反应物料在酸性水热条件下反应后酸性增强,在碱性水热条件下反应后碱性增强。2. 水热法制备掺锑纳米 TiO2及其光活性抑制研究制定了粉体光活性评价标准:将制备的粉体 100mg 与 100mL 浓度为4.0mg·L-1的罗丹明 B 配成悬浮液,采用紫外光照射降解 30 分钟。在 200℃、6 小时的水热反应条件下 SbCl3分别与 TiO2和 H2TiO3结合制备出掺锑纳米 TiO2,Sb2O3:TiO2介于 0.070~0.35 mol%。用 XRD、SEM、EDS、TG、IR 表征样品,谢乐公式估算晶粒直径。通过降解罗丹明 B 表征样品的光活性。在以偏钛酸为原料合成掺锑 TiO2 的反应中,锑的掺入能有效抑制晶粒的长大。通过光活性表征表明:锑的掺入使纳米 TiO2 的光活性得到有效抑制,以偏 I<WP=4>摘 要钛酸为原料制备的掺锑 TiO2的光活性低于以二氧化钛为原料制备的掺锑 TiO2,当 Sb2O3:TiO2为 0.21%时掺锑 TiO2的光活性最低。3. 水热法制备二氧化钛复合半导体及其光活性增强研究在 200℃、6 小时水热反应条件下 SnCl4 分别与 TiO2 和 H2TiO3 结合制备出SnO2/TiO2复合半导体,Sn:Ti 介于 1.0~9.0 mol%。通过 XRD、SEM、EDS、TG和 IR 对样品进行表征,通过降解罗丹明 B 表征样品的光活性。XRD 表明 SnO2/TiO2复合半导体均为锐钛型,EDS 检测到 SnO2存在,水热过程中 SnO2的晶型发育不完整且晶粒较小约为 7nm,因此在复合半导体中未检测到 SnO2晶体的 X 衍射特征峰。光活性表征表明:二氧化锡与二氧化钛的复合,有效提高了二氧化钛的光催化活性,SnO2/TiO2 光活性在 SnO2 含量为 5.0%时最高,以二氧化钛为原料制备的 SnO2/TiO2 的光活性高于以偏钛酸为原料制备的SnO2/TiO2。在 200℃、6 小时水热反应条件下以 TiO2,CdCl2 和 Na2S 为原料一次合成CdS/TiO2复合半导体,CdS:TiO2介于 0.005~2.0(ratio in mole)。通过 XRD、SEM、EDS 和 IR 对样品进行表征,通过降解罗丹明 B 表征样品的光活性。CdS/TiO2复合半导体晶型为锐钛型(二氧化钛)、立方相和六方相(硫化镉)的混合相。当 CdS:TiO2为 1.0 时,CdS/TiO2光活性超过 CdS 本身的光催化效果,开始出现耦合效应;当 CdS:TiO2 为 1.5 时,CdS/TiO2 的光活性最强,紫外光降解罗丹明 B(4.0mg·L-1)的降解率达 74.3%。