CNTs/TiO_2复合材料的制备及光催化性能研究

碳纳米管具有大的比表面积、良好的导电性等优点,将其和半导体光催化剂复合,可以有效改善光催化剂活性,提高光催化效率。本文利用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为前驱物,制备碳纳米管/二氧化钛(CNTs/TiO_2)复合光催化剂,研究其光催化活性。采用扫描电镜、XRD、拉曼光谱、吸收光谱等方法对复合材料进行表征,以甲基橙(MO)为目标降解物研究复合材料在紫外光下的光催化活性。结果表明,当煅烧温度为450℃时,TiO_2较好的和CNTs结合,TiO_2主要为锐钛矿型;CNTs/TiO_2复合材料表现出优异的光催化性能(96%);TiO_2和CNTs的质量百分比是影响光催化效果的重要因素。     

增强活性的石墨烯/TiO_2复合物的制备及性能研究

以氧化石墨烯为载体,以钛酸异丙酯为前驱体在氧化石墨烯表面沉积TiO2晶种,然后以氟钛酸铵和硼酸为主要原料,采用水热法实现一步还原氧化石墨烯和沉积TiO2制备石墨烯/TiO2复合物,同时以由单一前驱体氟钛酸铵制备的石墨烯/TiO2复合物作为对比催化剂。采用SEM、Raman、XRD、XPS、FT-IR等分析手段对两种催化剂进行了表征。结果表明,经水热反应后,氧化石墨烯可被还原为石墨烯,并且由两种钛源制备的复合物中石墨烯的被还原程度比单一钛源水解的要高,并且水解后复合催化剂的TiO2均为锐钛矿的球形颗粒,粒径约为250~300nm,在石墨烯表面附着良好。采用甲基橙为模拟底物评价两种复合催化剂的光催化活性,结果发现,采用两种钛源依次水解制备的复合物中由于石墨烯的还原度更高,其对底物甲基橙的吸附量更高,转移TiO2表面光生电子的能力更强,导致其具有更强的光催化活性。     

碳纳米管负载二氧化钛的制备及其对甲基橙的光催化降解

采用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为前驱体,羧基化多壁碳纳米管(oCNTs)为载体,乙醇为溶剂,冰醋酸为抑制剂,成功制备了TiO_2纳米粒子负载碳纳米管的复合光催化剂(TiO_2/o CNTs).通过XRD、TEM、UV等测试手段对复合材料进行了表征.结果表明:经450℃煅烧3 h后制备的TiO_2/o CNTs复合体系中,纳米TiO_2呈现锐钛矿且均匀包覆在碳纳米管表面.o CNTs的存在能够有效改变复合材料的表面性质,以实现TiO_2对紫外光的敏感性.当TiO_2和o CNTs的质量比为1∶0.03、TiO_2/3%o CNTs催化剂使用量为0.8 g/L时,对20 mg/L甲基橙溶液紫外灯照射1 h,甲基橙溶液的降解率达到99%,而同等条件下纯TiO_2对甲基橙的降解率不到50%,说明o CNTs能够有效提高TiO_2对甲基橙的光催化活性.TiO_2/3%o CNTs光催化剂对甲基橙进行5次循环降解,降解率保持在95%左右.     

金属酞菁敏化二氧化钛可见光催化降解染料废水的研究

研究了染料敏化半导体光催化剂-酞菁镁/TiO_2复合粒子在可见光波段的光催化性能.通过溶胶-凝胶的方法制得TiO_2胶体再进行焙烧,得到二氧化钛粉末和薄膜,再用酞菁镁敏化,制得酞菁镁/TiO_2复合粒子.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱和X光电子能谱分析等方法对TiO_2和酞菁镁/TiO_2复合粒子的物理性质进行了表征;并以亚甲基蓝作为目标物研究其光催化性能.结果表明,酞菁镁可以敏化二氧化钛,使其吸收波长红移,并具有较好的光催化性能.     

Ag+/Fe3+共掺杂纳米TiO2薄膜光催化性研究

用溶胶-凝胶法制备了Ag+/Fe3+复合掺杂的纳米TiO2薄膜,以甲基橙为光催化反应模型化合物,考察了复合掺杂光催化剂的活性.Ag+、Fe3+的掺入量分别为wAg+=0.043%、wFe3+=0.1%,且同时掺入TiO2光催化时具有最佳的光催化效率.并通过XRD、AFM、UV-Vis对复合掺杂薄膜进行了表征.结果表明,金属共掺杂可以促进纳米TiO2由锐钛矿向金红石相转化,平均晶径约为30 mm左右;Fe3+掺入可能以替代的方式占据TiO2晶格中Ti4+的位置,并在TiO2禁带中产生掺杂能级,使吸收边红移,并在可见光区有极低的透过率.Ag+的掺入在光催化过程中有效地抑制光生电子与空穴的复合,提高掺杂TiO2的光催化效率.     

石墨烯对聚乙烯醇缩丁醛防腐涂层性能的影响

为提高涂层的防腐蚀性能,采用改进的Hummers法成功制备了氧化石墨烯(GO),利用水热还原法制备还原氧化石墨烯(rGO),将rGO与无机纳米粒子(SiO_2、TiO_2)结合,采用刷涂的方法制备rGO/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合涂层;通过TEM、FT-IR、XPS等观察分析GO及rGO的表面形貌和微观结构,并利用摩擦磨损和接触角测试研究rGO/PVB涂层的疏水性,同时利用电化学分析进一步探究防腐涂层的防腐性能.结果表明:rGO与无机纳米粒子复合,得到的rGO/PVB涂层的疏水性较好,且在研究范围内随rGO含量的增加,涂层的防腐性能越好,当rGO质量分数为0.6%时涂层的腐蚀速率最小,防腐效率最高为99.79%.     

金红石TiO2-CNTs粉体的制备及光催化性能

利用微波等离子体技术,对钛铁矿进行了还原并获得金红石型TiO2-CNTs复合粉体.通过XRD和SEM分析了不同制备条件对产物的影响,研究了不同条件下制备的复合粉体对甲基橙光降解效率.结果表明,该方法制备出的复合粉体在可见光和紫外光下都具有较强的光催化效果,纳米碳管的结构和含量对光催化效率有较强的影响.     

金红石TiO_2-CNTs粉体的制备及光催化性能

利用微波等离子体技术,对钛铁矿进行了还原并获得金红石型TiO2-CNTs复合粉体.通过XRD和SEM分析了不同制备条件对产物的影响,研究了不同条件下制备的复合粉体对甲基橙光降解效率.结果表明,该方法制备出的复合粉体在可见光和紫外光下都具有较强的光催化效果,纳米碳管的结构和含量对光催化效率有较强的影响.     

石墨烯复合对锐钛矿型二氧化钛(001)和(101)面电子结构和表面性质的影响

采用第一性原理计算方法讨论了TiO_2(101)、(001)、(010)、(110)和(100)等活性表面的稳定顺序,选取最稳定表面(101)和最活泼表面(001)为研究对象,探讨石墨烯的复合对TiO_2表面结构和性能的影响。结果表明:石墨烯的复合改变了TiO_2的电子结构和电荷分布,导致电子由TiO_2表面迁移到石墨烯。石墨烯/TiO_2导带底端主要由Ti 3d组成,其分布向低能级部分移动,带隙大大减小,电子跃迁变得容易,吸收边波长发生红移,拓展了光催化剂的光响应范围,提高了其光催化活性。     

TiO_2纳米管阵列的制备及光催化活性

采用阳极氧化法在钛基体上制备TiO_2纳米管阵列,并通过XRD、SEM对其结构和形貌进行表征.以有机染料亚甲基蓝为降解对象,研究其可见光下光催化性能,通过紫外-可见漫反射对其机理进行解释.结果表明,此方法制备的TiO_2纳米管阵列在可见光下具有良好的光催化活性,而一般的TiO_2仅在紫外光照射下具有光催化活性.550℃所制备的TiO_2纳米管阵列在可见光照射120min后,对亚甲基蓝的降解率可达到52%,这归结为所制备TiO_2纳米管阵列对可见光的吸收,以及高比表面积和高度有序性利于电子的传输,从而获得良好的可见光催化活性.     

TiO2光催化降解甲基橙性能的研究

用工业级TiO2(110℃干燥的产品)经焙烧后得到晶粒尺寸为15--30 am(锐钛矿为主)的二氧化钛纳米光催化剂.用甲基橙降解脱色为模型反应,结合XRD、BET、UV-Vis等表征手段,考察了TiO2焙烧条件与晶粒尺寸和相结构的关系及相应的光催化活性.实验结果表明,锐钛矿的含量为96.7%,晶粒尺寸为24.4 nm时,TiO2光催化降解甲基橙的活性最好.当催化剂用量为0.6 g·L-1,甲基橙溶液质量浓度为20 mg·L-1,pH为3时;光催化反应20 min后,甲基橙的脱色率达到95.60%,CODMn的降解率为72.33%.     

光催化过程中氧及过氧化氢对氧化钛的效应

由TiO2,TiO2/H2O2,H2O2以及在水溶液中通入空气等光催化条件组成几种不同的光催化体系,在254nm,2.4mw/cm^2紫外条件下,光催化降解甲基橙染料,研究光催化过程中氧与过氧化氢对氧化钛光催化的协同作用,实验结果表明氧化钛光催化降解甲基橙染料时,在0．1％的氧化钛水溶液中添加0．02％的过氧化氢,能够提高甲基橙的光催化降解速率6倍以上,通入5L/min的空气,由氧分子与氧化钛表面电子的作用,减少了光催化过程中的电子与空穴的复合几率,增加了活性羟基自由基的生成,也能够提高光催化速率3倍以上。     

电解液温度对TiO_2纳米管阵列结构和光催化性能的影响

在有机溶剂(NH4F+水+丙三醇)体系电解液中,采用电化学阳极氧化法在钛片表面制备了高度有序的TiO_2纳米管阵列,主要研究了电解液温度和阳极氧化时间对TiO_2纳米管结构和表面形貌的影响,观察到TiO_2纳米管的形貌,包括内径、壁厚和长度,随实验条件呈现规律性改变。所得的TiO_2纳米管阵列在450℃退火后可得到锐钛矿相。随着阳极氧化电解液温度的升高,TiO_2纳米管阵列的结晶度有所提高。通过在紫外光的照射下降解亚甲基蓝水溶液评价其光催化活性,分析了制备条件对TiO_2纳米管阵列的光催化性能的影响,得出材料形貌是否规整是影响光催化性能的重要因素。     

TiO_2光催化降解甲基橙性能的研究

用工业级TiO2(110℃干燥的产品)经焙烧后得到晶粒尺寸为15-30 nm(锐钛矿为主)的二氧化钛纳米光催化剂。用甲基橙降解脱色为模型反应,结合XRD、BET、UV-Vis等表征手段,考察了TiO2焙烧条件与晶粒尺寸和相结构的关系及相应的光催化活性。实验结果表明,锐钛矿的含量为96.7%,晶粒尺寸为24.4 nm时,TiO2光催化降解甲基橙的活性最好。当催化剂用量为0.6 g.L-1,甲基橙溶液质量浓度为20 mg.L-1,pH为3时;光催化反应20 min后,甲基橙的脱色率达到95.60%,CODMn的降解率为72.33%。     

NaA/TiO_2复合材料的制备及光催化性能的研究

以NaA、硫酸氧钛为原料,采用水热合成方法制备了NaA/TiO_2复合材料.以甲基橙为模拟污染物,研究了NaA/TiO_2的光催化性能,考察了NaA/TiO_2质量比、NaA/TiO_2的投加量和pH值对甲基橙的光催化降解效果.结果表明,当NaA/TiO_2质量比为1∶5、NaA/TiO_2的投加量为50 mg/m L、pH值为4时,NaA/TiO_2对甲基橙的降解效果最好.NaA/TiO_2对有机污染物的降解效果依次为甲基蓝=刚果红甲基橙罗丹明-B,NaA/TiO_2循环利用5次,NaA/TiO_2对甲基橙的光催化降解率仍高达99.5%以上.     

蜂窝状二氧化钛纳米管阵列的制备及光催化性能

采用二次阳极氧化法,在钛基体上制得蜂窝状整齐有序的TiO2纳米管阵列,借助FESEM、XRD等进行表面形貌和结构晶型的表征和分析,通过对甲基橙的降解检测TiO2纳米管阵列的光催化活性.结果表明:可以通过改变二次阳极氧化的电压有效控制TiO2纳米管阵列结构的参数,氧化电压为20~50V时,下层TiO2纳米管管径为30~80nm、管壁为12~30nm.TiO2纳米管阵列的光催化活性与其形貌有关,蜂窝状TiO2纳米管阵列的光催化效率明显高于一次阳极氧化制得的TiO2纳米管(1.87倍).     

纳米二氧化钛的制备及其光催化性能

为解决二氧化钛(TiO_2)粉末在废水处理应用中易团聚的问题和提高TiO_2粉末的光催化降解活性,利用水热合成法制备纳米TiO_2(nano-TiO_2),通过光催化降解测试、SEM、紫外-可见分光光度计(积分球)、XRD、化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)测试优化和表征纳米TiO_2的制备参数、表面形貌、紫外-可见光利用率、相态和水样处理性能。结果表明:经水热处理24 h,并在140℃下经浓度为0.2 mol/L的H_2SO_4溶液腐蚀24 h,此条件下制得的纳米TiO_2在60 min内对甲基橙染料的光降解效率最高可达40.8%。水热合成法制备的纳米TiO_2的晶粒尺寸范围为100～300 nm,相态为金红石型,其对紫外光的利用率比市售的商品级TiO_2粉末更高,光催化效率可提高39.7%。在紫外灯光照2 h后,经水热合成法制得的纳米TiO_2对自制水样的COD去除率可达64%,BOD去除率可达37.5%。该研究中的纳米TiO_2制备工艺简单,可有效解决团聚问题且具备更高效的光催化性能,可为实现低成本和高效的废水处理应用起到一定的促进作用。     

纳米TiO_2的制备及其光催化降解甲基橙

以TiCl_4、氨水及双氧水为主要原料,通过水解法制备出纳米TiO_2光催化剂。采用SEM分析手段对制备的TiO_2颗粒进行了表征。以甲基橙溶液模拟染料废水,TiO_2为催化剂,在紫外光照条件下考察了TiO_2投加量、甲基橙初始浓度、光照时间、溶液pH值及重复利用次数对甲基橙光催化降解效率的影响。实验结果表明:TiO_2最佳的投加质量浓度为0.20 g/L;光催化反应4 h后,甲基橙的降解率可达95.67%;酸性条件有助于甲基橙的去除;TiO_2光催化剂在重复使用5次之后仍能保持较高的催化活性,甲基橙的降解率为90.35%。     

SiO_2/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能

首先以P123(EO_(20)PO_(70)EO_(20))和PEG(聚乙二醇)为复合模板,制备了短棒状介孔SiO_2,然后采用电子转移催化剂再生-原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法对其进行改性。以改性后的SiO_2为模板,以钛酸四丁酯(TBT)为钛源,制备了带有TiO_2壳的短棒状介孔SiO_2/TiO_2光催化剂复合材料。采用热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、比表面和空隙分析仪对其进行了表征,通过甲基橙光降解反应研究了其光催化性能。结果表明:亲水性聚合物成功改性介孔SiO_2;锐钛矿相的TiO_2纳米粒子均匀分散在SiO_2表面;制得的SiO_2/TiO_2复合材料具有双峰孔结构;在可见光照射下,4.5 h后对甲基橙的降解率最高可达到99.5%,具有较高的光催化效率。     

TiO_2/SiO_2的制备及光催化氧化降解甲基橙

采用溶胶凝胶法制备了TiO_2/SiO_2和TiO_2.用XRD,N2吸附-脱附进行了表征.以甲基橙为降解物,汞灯为光源,双氧水为降解氧化剂,考察了样品的光催化活性.研究发现:Si的引入能够抑制TiO_2由锐钛矿向金红石转化,控制TiO_2颗粒的长大,提高TiO_2的比表面积;TiO_2/SiO_2的光催化活性高于TiO_2.以600℃下煅烧3h制得的TiO_2/SiO_2为催化剂,甲基橙初始pH=3,V30%H_2O_2=3mL,催化剂的投加量为0.50g/L时,光照180min,10mg/L甲基橙的降解率达到98.03%.此外还发现在降解过程中光源、催化剂、H_2O_2三者协同作用.