二氧化钛的表面改性和复合改性及其在水处理中的应用研究

发布时间：2020-07-09 19:47

【摘要】：现代污染除空气污染、土壤污染之外,最难以处理的当属水污染。水污染主要分两种:有机污染和无机污染。有机污染包括细菌污染以及有机染料等,无机污染主要指重金属离子污染。二氧化钛(TiO_2)是一种由紫外光激发的性能优异的光催化剂,但是可以通过与其他材料复合使其在可见光下也具备光催化活性,以此拓宽其在光催化降解污染物的应用范围。而对于吸附重金属离子,可通过制备介孔TiO_2进行吸附。这两种手段极大扩展了TiO_2的水处理性能。本文基于水污染的现状,并结合TiO_2在处理水污染方面优异的性能,从以下三方面对TiO_2进行了复合改性和表面改性:首先,通过高压均质法(HPH)剥离石墨粉并结合水热法沉积TiO_2的方法成功制备出介孔花状TiO_2/纳米石墨片(GNS)复合材料(TGNS)。机理上,HPH法制备出的GNS仅有边缘缺陷而无表面缺陷,TiO_2以此缺陷的边缘为起点,后均匀分布在GNS表面。因TiO_2和GNS之间的强化学键,复合材料均一性好。光催化性能方面,GNS含量提高能增加TGNS复合材料在可见光区的吸收。与纯P25相比,花状TiO_2所带来的比表面积增加提高了TGNS复合材料光催化性能。且制备TGNS复合材料的手段也可应用于在其他二维材料上负载TiO_2。其次,采用水热法及精确控制升温速度的高温煅烧法成功制备了纳米TiO_2(B)颗粒,并证实TiO_2(B)的表面缺陷更有利于提高复合材料可见光吸收效率。此外,TiO_2(B)在与材料复合的过程中同时进行插层,减少了二维材料的片层层数,同时又形成了BN/TiO_2(B)(BT)、MoS_2/TiO_2(B)(MT)及WS_2/TiO_2(B)(WT)复合材料。光催化性能方面,复合材料的光催化作用的稳定性和效果的强弱顺序相反,前者为:WTMTBT复合材料,后者为:WTMTBT复合材料。最后,通过氨水为溶剂的低温水热法制备了介孔TiO_2(B)负载3D光敏树脂骨架材料(3-TBD)。因光照并非处理重金属离子的关键而是介孔结构,故该材料无需光处理即可进行吸附。将其应用于处理模拟重金属离子污染废水(Pb~(2+),Cd~(2+),Zn~(2+),Cu~(2+))取得了较好效果。重金属离子初始浓度、种类及处理时间是影响处理效果的重要因素,基本吸附效果顺序为:Pb~(2+)Cd~(2+)Zn~(2+)≈Cu~(2+)。3-TBD具备高回收性,用后仅需取出即可回收。但因树脂材料为基底,最高使用温度不宜超过45 ~oC。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O643.36
【图文】：

2-1 复合材料 TGNS 形成机理图Fig.2-1 Mechanism scheme of synthesizing TGNS compositeTGNS 复合材料的合成机理也有了新的突破，由于 rGO 的高柔软性的表面缺陷, TiO2沉积在其表面十分困难。因此，TiO2能否均匀分布问题。如图 2-2，通过对 TiO2 rGO 纳米高低倍扫描电镜的测试[103]，一性。原因在于当 rGO 和 TiO2颗粒都十分小时，TiO2 rGO 纳米材料。如图 2-1，合成 TGNS 复合材料的机理是先通过 HPH 法在 GNS 上2颗粒进而在 GNS 上形成沉积。通过 HPH 法制备的具有边缘缺陷的 溶液中水解提供缺陷的边缘作为其沉积的起点[104, 105]。因此，TiO2可边缘水解进而铺满 GNS 的全部表面。通过这种方式将 TiO2沉积在 提高了 GNS 的表面利用率。这也是 TiO2可以通过这种方式均匀地不是产生容易分离的异相的原因。

图 2-3 P25 和 TGNS-A 到 TGNS-E 样品的 XRD 图Fig.2-3 XRD patterns of P25 and the TGNS from Ato E表 2-4 实验过程中加入的 GNS 溶液的初始浓度 Ratio of anatase to rutile (A/R) calculated by X’Pert HighScoreTGNS-A TGNS-B TGNS-C TGNS-D TGNS-E 1.12 1.17 1.33 1.85 2.23 电子显微镜（SEM）以及场发射扫描电子显微镜分到 2-4f 可知，16 h 的水热反应之后，花状 TiO2颗粒均匀地iO2具有花状形貌，在铺展于 GNS 之后会大大增加 TGNS 材料光催化性能提升。如图 2-1 中该复合材料的合成机理图氧化钛利用 GNS 边缘缺陷开始沉积的关键因素：从 FESEM量增加时二氧化钛颗粒会首先形成针状颗粒（图 2-4b）。接

(a)GNS，(b)TGNS-A，(c)TGNS-B，(d)TGNS-C，(e)TGNS-D及(f)TGNS-E的FESEM图

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;科学家研制“超级纸”可耐700度高温[J];福建纸业信息;2006年21期

2 王丽珊;李建;李兴宁;涂少云;;糖果中二氧化钛的测定方法研究[J];广东化工;2017年14期

3 薛燕;朱海燕;周晓东;所旭冬;;二氧化钛-活性炭复合物的制备及表征[J];化工管理;2017年30期

4 孙建平;王韬;赵熙;段刚;容敏智;;二氧化钛在涂料中的分散技术进展[J];中国涂料;2013年05期

5 武海燕;;二氧化钛表面改性的研究现状[J];中国科技信息;2011年24期

6 李英杰;白明;;二氧化钛的特性及在食品中的应用[J];食品安全导刊;2010年08期

7 徐惠;孙涛;;纳米二氧化钛制备技术的研究进展[J];菏泽学院学报;2007年02期

8 吴全兴;;日本2006年氧化钛的供需状况[J];稀有金属快报;2007年04期

9 陶道敏;二氧化钛工业在价格上涨及需求强烈的形势下跨入2005年[J];无机盐工业;2005年06期

10 王岚;二氧化钛生产商调高价格[J];国际化工信息;2003年11期

相关会议论文 前10条

1 董春香;冼爱平;尚建库;;氮掺杂氧化钛的合成、表征与性能[A];第十三届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2004年

2 雷万华;王雪松;张宝文;;抗坏血酸表面修饰的二氧化钛纳米颗粒的光动力活性研究[A];中国化学会第27届学术年会第12分会场摘要集[C];2010年

3 王云;胡彦杰;王慧婷;刘杰;李春忠;;气相法纳米二氧化钛的流化床脱酸研究[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（上）[C];2008年

4 卓清松;_5合;杝建志;林桂忠;;电泳沉积不同二氧化钛悬浮溶液之特性与影响[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年

5 国伟林;王西奎;宋广智;;超声化学法制备纳米二氧化钛[A];第八届全国粉体工程学术会议暨2002年全国粉体设备技术产品交流会论文集[C];2002年

6 李豫珍;吴良专;余愿;只金芳;;基于过氧化钛的TiO_2/聚苯胺复合材料的制备[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

7 孙庆文;林原;;快速制备具有颗粒填充的二氧化钛管阵列应用于高效染料敏化太阳能电池[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

8 张冶;王雪;王冬梅;刘云凌;霍启升;;非球形多孔二氧化钛空心材料的制备[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

9 于晓慧;侯廷军;孙旭辉;李有勇;;共掺对二氧化钛带隙影响的第一性原理研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第36分会：纳米体系理论与模拟[C];2014年

10 刘鸿;吴鸣;吴合进;孙福侠;姚永禄;李文钊;;氢处理二氧化钛的光催化性能与电化学阻抗谱研究[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 翁国娟;浙大研制成功“百搭”纳米纸[N];中国化工报;2013年

2 本报实习记者 张海垠;儿童牙膏应该这样用[N];消费日报;2017年

3 记者 王旭东;涂上新材料，就像种上白杨树[N];绍兴日报;2017年

4 王文锋;攀钢在国内独家规模化生产超细二氧化钛[N];攀枝花日报;2016年

5 李港;全球二氧化钛货紧价升[N];国际商报;2003年

6 中塑;亚洲塑料用二氧化钛需求增长最快[N];国际商报;2003年

7 刘海英;小鼠实验证实二氧化钛纳米粒子具有可遗传毒性[N];科技日报;2009年

8 王军;全球二氧化钛市场需求年增速2%-3%[N];广东建设报;2007年

9 饶兴鹤;全球二氧化钛市场炙手可热[N];中国化工报;2006年

10 飘尘;2006年世界二氧化钛需求平稳[N];中国有色金属报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 董华青;低维二氧化钛纳米材料上分子吸附及活化的研究[D];浙江工业大学;2017年

2 王慧蕾;低温下的纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究[D];南京理工大学;2016年

3 宋斌;纳米二氧化钛颗粒致中枢神经系统毒理效应的体外研究[D];南方医科大学;2017年

4 何明;用于液相光催化体系的高比表面积氧化钛晶须的研制[D];南京工业大学;2005年

5 于开锋;纳米二氧化钛和二氧化硅的控制合成及组装[D];吉林大学;2005年

6 陈小泉;纳米二氧化钛晶体合成新方法和自洁超亲水膜研究[D];华南理工大学;2002年

7 戴亚堂;化学沉淀法制备锐钛型介孔纳米二氧化钛粉体的研究[D];四川大学;2006年

8 吴良专;基于过氧化钛配合物的钛基纳米材料合成及其应用[D];中国科学院研究生院（理化技术研究所）;2007年

9 朱三元;铁掺杂二氧化钛的XAFS和穆斯堡尔谱研究[D];中国科学技术大学;2007年

10 敬林;二氧化钛纳米复合材料的制备及其光电催化的应用[D];北京理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘意仪;二氧化钛纳米阵列的制备及其光电性能的研究[D];海南师范大学;2018年

2 郭静;二氧化钛的功能化改性及其光催化性能研究[D];福建师范大学;2014年

3 周振星;基于二氧化钛介质材料的超表面的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

4 冯光;等离子体电解合成灰色二氧化钛光催化材料及性能研究[D];华东师范大学;2018年

5 左定财;掺铁介孔二氧化钛的制备及其性能研究[D];遵义医学院;2018年

6 魏秋实;二氧化钛的表面改性和复合改性及其在水处理中的应用研究[D];华南理工大学;2018年

7 牛文超;氧化亚铜改性二氧化钛的制备及其光电催化二氧化碳制甲醇的研究[D];昆明理工大学;2018年

8 王伟华;高效液相色谱二氧化钛键合固定相的制备及其应用[D];天津商业大学;2014年

9 魏雨;二氧化钛的制备、光催化性能及其形成机理研究[D];吉林大学;2018年

10 储成义;二氧化钛表面修饰及其颜料性能研究[D];中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所);2017年

本文编号：2747899