纳米二氧化钛的水热制备及光催化研究

发布时间：2017-03-23 04:19

  本文关键词：纳米二氧化钛的水热制备及光催化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用水热法合成了锐钛矿相、金红石相及锐钛矿相与金红石相的混晶结构纳米二氧化钛，考察了不同水热条件对制备锐钛矿相纳米二氧化钛的影响，并就其反应机理进行了初步探讨。同时研究了产物对甲基橙溶液的光催化性能，考察了不同条件对光催化性能的影响，并对甲基橙溶液光催化反应动力学进行了初步研究。 在水热合成实验中，研究发现以Ti(SO_4)_2为原料，以Na_2CO_3溶液为沉淀剂，可得到单一锐钛矿相纳米TiO_2，而以TiCl_4为原料，则既可得到单一金红石相，也可得到混晶相纳米TiO_2，所得TiO_2晶粒粒径细小，结晶完整。优化反应条件可实现对粉体性质的控制，因此考察了不同反应条件对制备锐钛矿相纳米TiO_2的影响，发现水热反应温度升高和水热反应时间延长均有利于所得产物晶粒结晶完整，但其粒径增大；并且随前驱体中反应物浓度增大，，晶粒粒径减小。 对水热反应成核机理进行了初步研究，认为水热反应是以水解作为基础，水热条件下晶粒的形成遵循“溶解-结晶机制”。进行了纳米粉体晶相控制研究，认为在水热条件下不同晶相组成与二氧化钛晶体结构及其环境相有关，在不同的环境相下，形成有利于生长为不同晶相的晶核，SO_4~(2-)有利于形成共顶结构的锐钛矿相；而Cl~-有利于结晶度相对较强的金红石相。 考察了所得产物对甲基橙溶液的光催化性能。通过对不同晶相产物光降解甲基橙溶液的试验比较，发现混晶相纳米TiO_2的光催化性能最好，其次是锐钛矿相，金红石相的光催化性能最差。考察了不同光催化反应条件下(催化剂添加量、甲基橙溶液初始pH值、甲基橙溶液初始浓度、光降解反应温度、晶粒粒径及超声分散)对光催化性能的影响。同时对甲基橙溶液光催化反应动力学进行了初步研究，发现在较低温度下，甲基橙溶液的光催化降解反应符合零级反应动力学方程：C_t=k′t+A，而在不同温度条件下，光降解反应符合不同的反应动力学方程。
【关键词】：水热法 纳米二氧化钛 机理 光催化 甲基橙
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：O614
【目录】：

• 第一章 纳米二氧化钛研究现状9-23
• 1.1 纳米TiO_2的特性9-11
• 1.1.1 结构特性9-11
• 1.1.2 光化学特性11
• 1.2 纳米TiO_2制备研究现状11-17
• 1.2.1 气相法12-13
• 1.2.2 液相法13-17
• 1.3 纳米TiO_2粉体晶相组成研究现状17-18
• 1.4 纳米二氧化钛的特殊功能及应用18-19
• 1.4.1 汽车工业18
• 1.4.2 防日晒化妆品18-19
• 1.4.3 催化剂和光催化剂19
• 1.4.4 其他19
• 1.5 研究目的意义19-23
• 第二章 纳米二氧化钛的水热制备23-35
• 2.1 试剂及仪器23
• 2.2 样品表征23-24
• 2.2.1 粉末X-射线衍射23-24
• 2.2.2 样品的粒径及粒径分布24
• 2.2.3 样品的比表面积24
• 2.2.4 晶体形貌24
• 2.3 纳米TiO_2的水热制备24-25
• 2.3.1 实验原理24
• 2.3.2 工艺流程24-25
• 2.4 结果与讨论25-34
• 2.4.1 以Ti(SO_4)_2为原料制备纳米TiO_225-29
• 2.4.2 以TiCl_4为原料制备纳米TiO_229-32
• 2.4.3 三种晶相的制备工艺及性能比较32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 水热反应机理的初步研究35-44
• 3.1 晶体生长理论35-37
• 3.1.1 晶体平衡形态理论35-36
• 3.1.2 界面生长理论36
• 3.1.3 PBC理论36-37
• 3.1.4 负离子配位多面体生长基元模型37
• 3.2 水热反应成核机理初步研究37-39
• 3.3 水热条件下不同晶相二氧化钛晶体的形成39-42
• 3.4 水热体系下晶粒形成机制分析42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 纳米TiO_2光催化性能研究44-57
• 4.1 光催化反应机理44-45
• 4.2 光催化降解实验45-47
• 4.2.1 光催化降解实验试剂及仪器45-46
• 4.2.2 甲基橙溶液标准曲线的绘制46-47
• 4.2.3 光催化降解实验装置47
• 4.2.4 光催化降解试验评价47
• 4.3 结果与讨论47-56
• 4.3.1 空白试验48
• 4.3.2 催化剂投加量对光降解速率的影响48-49
• 4.3.3 初始pH值对光降解速率的影响49-50
• 4.3.4 初始浓度对光降解速率的影响50-52
• 4.3.5 超声分散对光降解率的影响52-53
• 4.3.6 反应温度对光降解速率的影响53-54
• 4.3.7 前驱体浓度对光降解速率的影响54-55
• 4.3.8 不同样品的光降解速率对比55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 结论57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 朱林林;张辉;;纳米二氧化钛的制备及其在纺织领域的应用[J];国际纺织导报;2012年05期

2 张晶;张亚萍;于濂清;钟晓亮;;纳米二氧化钛的水热制备及光催化研究进展[J];无机盐工业;2010年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曲艳东;爆轰法合成氧化钛纳米粉研究[D];大连理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 吴广涛;CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的组织结构与光催化性能[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 张晶;纳米二氧化钛的水热制备及其光催化性能研究[D];中国石油大学;2011年

3 赵萱;纯钛表面基于微弧氧化技术的仿生陶瓷膜的制备、表征及性能研究[D];华中科技大学;2010年

4 吴建;金属离子共掺杂纳米TiO_2制备及光催化应用研究[D];西安科技大学;2006年

5 宋礼慧;纳米二氧化钛材料的制备与性能研究[D];天津大学;2007年

6 李秀芹;贝壳基纳米Fe~(3+)-TiO_2的制备及其光降解海面油污研究[D];中国海洋大学;2012年

7 王丽娟;二氧化钛掺杂型纳米材料合成及其光降解有机污染物研究[D];辽宁师范大学;2012年

  本文关键词：纳米二氧化钛的水热制备及光催化研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：262928