水热法合成纳米TiO_2表征及吸附性能

以钛酸四丁酯为钛源,低温水热法合成二氧化钛纳米晶,并经焙烧获得锐钛矿型和金红石型纳米晶。应用扫描电镜、透射电镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪等对两种二氧化钛纳米样品进行了表征和比较,并比较不同晶型纳米TiO_2对Mn~(2+)吸附和洗脱性能。表明通过水解沉淀法制备的纳米TiO_2,表面有多种羟基基团,金红石相较锐钛矿相样品粒度更大,分散性更好。纳米TiO_2表面对金属离子有很好的吸附性能,且不同晶型TiO_2对金属离子的吸附性能不同,金红石相纳米TiO_2对Mn~(2+)有更好的吸附性能。     

水热法合成二氧化钛纳米管的晶型与形貌控制的研究

晶型与形貌的控制对于二氧化钛纳米管的应用具有重要的影响。采用水热法合成了内径约为5~6nm,外径约为9~10 nm,管长为200~300 nm的纳米管。通过XRD、TEM进行表征,研究了TiO_2纳米管在不同焙烧温度的形貌和晶型组成的转化,同时探讨不同粒径和晶相的二氧化钛粉末原料对合成TiO_2纳米管的形貌和晶型的的影响。结果表明:二氧化钛在水热阶段形成无定型结构纳米管,经高温焙烧后结晶度增强,转变成金红石和锐钛矿混合型。当焙烧温度为400℃时,纳米管能维持稳定的管状结构,焙烧温度升高将会导致TiO_2纳米管转变成不同尺寸的纳米棒。不同晶型和粒径的TiO_2合成原料对纳米管形貌和晶型的影响显著,金红石晶型和粒径大的原料有利于纳米管的合成。     

Mo掺杂TiO2的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO_2与Mo掺杂TiO_2纳米粒子,并利用XRD、UV-VIS、XPS等测试手段对制备的TiO_2纳米粒子进行表征;以亚甲基蓝为光催化反应模型,考察了煅烧温度、钼掺杂量等对TiO_2晶格畸变,晶粒大小,晶型,光学性能及光催化活性的影响.结果表明:大部分Mo~(6+)取代晶格中Ti~(4+)的位置,引起晶格畸变,抑制晶粒长大与TiO_2由锐钛矿相向金红石相转变;样品经450 ℃煅烧, 随Mo掺杂量增加,激发波长红移增加,当煅烧温度升至600 ℃,1.8%Mo-TiO_2样品中锐钛矿相含量增加,致光激发波长蓝移;适量的Mo掺杂有利于提高TiO_2光催化效果,Mo掺杂物质的量分数为1.8%, 经600 ℃煅烧后样品的光催化性能最佳.     

纳米TiO_2表面晶相结构转化及其光催化活性研究

催化剂的表面结构对于调控其催化活性具有重要的作用。采用高温煅烧的方法诱导锐钛相纳米TiO_2发生金红石相转变,对其光催化活性和金红石相含量分析发现,仅少量的金红石相生成可显著提高纳米TiO_2光催化活性,同时明显改变催化体系中不同自由基的相对含量。·OH的生成浓度仅有稍微增加,而O_2·~-的浓度从0. 233μM/h迅速增加到0. 501μM/h,说明煅烧过程诱导纳米TiO_2的表面结构发生显著改变,金红石相TiO_2优先在纳米TiO_2颗粒表面区域生成。通过与模型金红石相/锐钛相纳米TiO_2表面异质结构对比,进一步验证了表面晶相异质结构可显著提高纳米TiO_2催化活性。     

制备条件对TiO_2晶型结构及光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛光催化剂,考察了煅烧温度和加水量对纳米二氧化钛晶型、粒径、结晶度及光催化活性的影响。通过XRD和SEM对纳米二氧化钛粉体的晶型结构及晶粒形貌进行了分析。结果表明:随着煅烧温度的升高,二氧化钛的晶型逐渐由锐钛矿型转变为锐钛矿和金红石混合晶型,粒径逐渐增大,晶体发育趋于完整。随着加水量的增加,在低温煅烧下,催化剂的晶型和粒径变化较小,而在高温煅烧下,催化剂的粒径、金红石相和锐钛矿相的比例呈现先增大后减小的趋势。以10 mg/L亚甲基蓝溶液为目标降解物,500 W氙灯为光源,研究了不同条件下制备的纳米二氧化钛粉体对光催化降解亚甲基蓝溶液的效果。结果表明:Ti O2-50-650具有最佳的光催化性能,在p H=6.9、Ti O2-50-650的投加量为1.0 g/L、光照60 min条件下,亚甲基蓝溶液的脱色率达98.0%。     

超疏水金红石型纳米钛硅复合氧化物的制备与表征

以正硅酸乙酯为硅源、钛酸异丙酯为钛源,采用改进的溶胶-凝胶法制备了不同钛硅摩尔比的复合气凝胶,在不同温度下进行煅烧,得到金红石型钛硅(TiO_2-SiO_2)复合氧化物纳米颗粒,然后通过三甲基氯硅烷(TMCS)改性,制得超疏水金红石型TiO_2-SiO_2纳米材料。探讨了钛硅摩尔比和煅烧温度对钛硅复合氧化物纳米颗粒晶型的影响,并通过XRD、XPS、BET、SEM和FTIR等手段对产物进行了表征,采用水接触角测试(WCA)对纳米材料改性后的疏水性能进行了表征。结果表明:当钛硅摩尔比为5:1时制得的气凝胶在1100℃煅烧及TMCS改性后,所制备的超疏水金红石型纳米钛硅复合氧化物的比表面积大,疏水性能优异,其比表面积达348 m~2·g~(-1),水接触角达到154.7°,在构建具有纳微分层结构的外墙装饰材料的面漆方面具有潜在的应用前景。     

纳米TiO_2薄膜的制备及其光谱特性研究

采用溶胶凝胶法和旋转涂膜工艺,以普通玻璃为衬底,制备均匀、透明的TiO2纳米薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见光谱(UV/vis)对TiO2进行表征。通过500℃、600℃、700℃、800℃和900℃恒温烧结2h后XRD测试表明:经500°C退火得到TiO2粉末为锐钛矿晶相,800℃转化为金红石相结构,900℃出现了金红石相与板钛矿相的混合晶相。通过AFM观测,薄膜的平均粗糙度为1.71nm。通过紫外可见光谱分析,探讨了影响TiO2纳米膜厚度和禁带宽度度的各种因素。结果表明:涂膜次数、热处理温度等将直接影响二氧化钛薄膜的紫外可见光谱和禁带宽度。     

负载纳米ZnO-TiO2凹凸棒土复合体的制备及表征

以凹凸棒土作载体,硫酸氧钛、硫酸锌及碳酸铵为原料,采用液相合成法制备负载纳米ZnO-TiO_2凹凸棒土(ATP/ZnO-TiO_2)复合粉体,借助XRD、FT-IR、TEM、EDS、UV-Vis对样品的组成结构、形貌和尺寸、表面化学成分、光吸收性能进行了表征。XRD、TEM、EDS结果表明:ZnO-TiO_2均匀、牢固的负载到凹凸棒土上,ZnO-TiO_2平均粒径为10 nm,TiO_2晶型为锐钛矿型; 450℃煅烧后复合粉体中才开始出现ZnO; 700℃煅烧后TiO_2仍未发生从锐钛矿向金红石型的晶型转变。     

GO复合的混晶TiO_2的光催化性能

利用溶胶-凝胶法原位制备氧化石墨烯复合的TiO_2(简称GO/TiO_2),通过扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱和亚甲基蓝的降解对制备过程中的影响因素进行了分析。结果表明,当m(氧化石墨烯)∶m(TiO_2)为1.05%、焙烧温度为450℃时,催化剂的活性最高,紫外光照4 h后,亚甲基蓝基本降解完全。GO的掺入降低了锐钛矿相向金红石相的转变温度。1.05%GO/TiO_2为混晶结构,主要以板钛-锐钛矿相存在,并含少量金红石相,平均晶粒约为9.8 nm,颗粒分布较为均匀。少量GO的复合明显增强了TiO_2的光响应性能。     

流化床气相水解制备高纯二氧化钛

针对TiCl_4气相水解制备TiO_2粉体存在Cl含量高的问题,开展了流化床TiCl_4气相水解制备高纯TiO_2。系统地研究了反应条件、煅烧后处理对TiO_2粉体的纯度、形貌、晶型、比表面积的影响。结果表明,TiO_2内部结构和晶型的转变有利于Cl的脱除;提高煅烧温度使TiO_2的内部结构由多孔疏松向致密结构转变,晶型结构由锐钛矿相向金红石相转变,从而有利于提高Cl的脱除率;与空气煅烧比较,水蒸气气氛下的脱氯效率明显提高,归因于水蒸气与TiO_2颗粒内残余的多羟基氯化物进一步反应;氢气气氛下可进一步提高Cl的脱除率,800℃煅烧2 h后Cl的脱除率达到95%,主要归因于氢气还原TiO_2使其晶型结构发生转变。     

常压水解法制备二氧化钛/碳纳米管复合材料及其电催化性能

以多壁碳纳米管(MWCNT)为载体,四氯化钛为前驱体,经常压水解获得了TiO_2/MWCNT纳米复合材料,对纳米复合材料的晶相组成、形貌和微结构等进行了表征,测试了在酸、中、碱3种体系下复合材料对甲醇的电催化氧化性能。结果表明:复合材料的晶相由锐钛矿、金红石和MWCNT组成,锐钛矿和金红石均匀地分布于MWCNT的外表面,且复合材料中锐钛矿和金红石的含量和分布与制备过程中钛与碳的摩尔比有关;TiO_2与MWCNT复合后,复合材料对甲醇的电催化氧化性能显著提高,且其性能与TiO_2在MWCNT外表面的含量和分布密切相关。     

(NH_4)_2SO_4修饰的TiO_2光催化活性研究

在TiCl_4水溶液中加入(NH_4)_2SO_4,并利用高温水浴加速TiO_2粉体的沉淀,制备了热稳定性好的TiO_2光催化剂,其中,水浴温度为90℃,Ti与(NH_4)_2SO_4摩尔比为1∶2时,制备的TiO_2光催化剂其锐钛矿晶型的热稳定性有很大的提高。XRD、XPS和Raman结果均显示,当焙烧温度为700℃时,TiO_2的锐钛矿晶型才开始向金红石晶型转变。     

Pb掺杂对TiO_2锐钛矿热稳定性的影响

以钛酸丁酯为Ti源,硝酸铅为Pb源,采用溶胶凝胶工艺以及不同温度煅烧制备了纯TiO_2以及Pb掺杂TiO_2纳米粉体。采用XRD,SEM,XPS等表征技术对其进行了晶体结构,表面形貌,元素组成与价态的分析。结果表明:纯TiO_2在450℃热处理后为锐钛矿,550℃开始出现微量金红石,650℃锐钛矿已经几乎全部转变为金红石。Pb掺杂TiO_2在550℃时全部为锐钛矿,650℃时0.5%Pb掺杂TiO_2为锐钛矿/金红石混晶结构,当掺杂浓度达到1%时,全部为锐钛矿,Pb掺杂提高了锐钛矿的热稳定性,抑制了锐钛矿向金红石的转变,提高了相变温度。Pb元素以Pb~(2+)存在于样品之中,Pb掺杂能够细化晶粒,同时使颗粒尺寸分布更加均匀。     

纳米TiO_2薄膜的结构及紫外可见光谱研究

本文以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]、盐酸和去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法和旋转涂膜工艺,在玻璃基片上制备透明的TiO2纳米薄膜。通过XRD测试表明:经500°C退火得到的薄膜上TiO2为锐钛矿晶相而粉末为锐钛矿、金红石和板钛矿的混合晶相。通过对膜进行紫外可见光谱分析,探讨了影响TiO2纳米膜厚度和禁带宽度的各种因素。实验结果表明:溶胶的陈化时间、膜的热处理温度、涂膜层数等都将直接影响二氧化钛薄膜的紫外可见光谱和禁带宽。     

银掺杂对二氧化钛晶型转变的影响

采用溶胶-凝胶法制备了银掺杂的TiO2粉末,用XRD分析了掺银TiO2胶体经不同温度热处理后的晶型转变。结果表明:与未掺银的TiO2粉末相比,掺银TiO2从锐钛矿相向金红石相转变的起始温度较高,而且锐钛矿-金红石相变的温区范围变窄,晶型转变过程较快。     

高温原位XRD法研究含硅杂质TiO2的煅烧相变机理

为了揭示Si杂质元素对TiO_2相变机理的影响,通过TiCl_4水解法制得Si摩尔分数为10%的H_2TiO_3和H_4SiO_4的金红石中间体,用DTA-DTG,XRD研究TiO_2在Si元素作用下的高温相变过程。结果发现,掺杂Si(10%)元素的TiO_2是在650℃开始由无定形结构转变为锐钛矿相,1 000℃时由锐钛矿相转变为金红石相。结果表明:与纯的TiO_2相变温度相比,掺杂Si元素抑制了TiO_2由无定形到锐钛矿相及锐钛矿相到金红石相的转变温度;同时发现随着高温时间的增加TiO_2同种晶型结晶性变化规律。     

TiO_2-碳纳米管复合材料的制备和光催化性能

以多壁碳纳米管(MWCNT)为载体,四氯化钛为前驱体,经常压水解获得了TiO_2/MWCNT纳米复合材料,对纳米复合材料的晶相组成、形貌和微结构等进行了表征,测试了在酸性、中性、碱性3种体系下复合材料对甲醇的电催化氧化性能。结果表明:复合材料的晶相由锐钛矿、金红石和MWCNT组成,锐钛矿和金红石均匀地分布于MWCNT的外表面,且复合材料中锐钛矿和金红石的含量和分布与制备过程中钛与碳的质量比有关;TiO_2与MWCNT复合后,复合材料对甲醇的电催化氧化性能显著提高,且其性能与TiO_2在MWCNT外表面的含量和分布密切相关。方法 :采用常压水解法制备了TiO_2/MWCNT纳米复合材料,对纳米复合材料的晶相构成、外观等进行了表征,测试了在不同pH条件下复合材料对甲醇的电催化氧化性能。结果:TiO_2-碳纳米管复合材料对甲醇的电催化氧化性能显著提高,且其性能与TiO_2在MWCNT外表面的含量和分布密切相关。     

Fe、Cr共掺杂TiO_2纳米球的制备

以钛酸丁酯、九水硝酸铁、九水硝酸铬、为原料,采用改进新工艺溶胶-凝胶法制备Fe、Cr共掺杂的TiO_2纳米球光催化材料,且用超声波热处理调控其微结构,通过溶胶-凝胶法加超声波辅助热处理合成了铁铬共掺杂纳米球平均粒径大小约为17.836μm,比普通煅烧处理具有较高的结晶度且平均粒径小。采用X射线衍射仪、激光粒度仪、热重天平、扫描电子显微镜等对样品的形貌和晶型进行了表征。结果表明Fe-Cr-TiO_2纳米球均为高度结晶的锐钛矿晶型,Fe、Cr共掺杂对TiO_2显著的提高其自身的结晶程度,热重分析结果显示制备得到的TiO_2锐钛矿晶体转变为金红石相晶体的相转变温度明显降低。此次研究为改进TiO_2光催化光水解性能提供新的方法,促进太阳能光催化光水解材料的发展。     

纳米TiO2光催化降解含油污水中HPAM的研究

用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型纳米TiO2,研究了合成催化剂反应条件对光催化降解含油废水中聚丙烯酰胺(HPAM)的影响。确定了最佳反应条件分别为:煅烧温度在500℃时,光催化活性达到最高,随着煅烧温度的升高,催化剂晶型从锐钛矿向金红石型转化,转型温度为600℃,有金红石型晶体出现时催化活性降低;最佳老化时间约为1 d;随着醇用量的增加,制备出来的TiO2其光催化活性也逐渐升高,当V(钛酸丁酯)∶V(醇)=10:80时,催化剂活性最高,继续增加,催化活性降低;随着水量的增加催化活性增强,当V(钛酸丁酯)∶V(水)=100:40时,制备出的TiO2催化活性最大,继续增加催化活性下降。     

纳米TiO2薄膜中锐钛矿晶型的稳定性研究

采用溶胶—凝胶法制备钛溶液 ,将钛溶胶涂敷在玻璃和陶瓷基片上 ,干燥后进行煅烧 ,形成具有亲水 亲油作用、抗菌自清洁作用和防雾作用的纳米TiO2 薄膜。实验展示了与文献所述不同的结果。涂敷 1层— 7层的薄膜 ,其亲水性随层数增加而增大 ,未发现最大值 ;热处理温度为 65 0 -670℃ ,反复涂层反复煅烧保温条件下 ,仍未发现显著的金红石量生成。研究认为涂敷层数的增加不应降低光催化效率 ,影响纳米TiO2 薄膜光催化性质的主要因素是纳米粒子的表面密度和晶粒尺寸 ;纳米尺度下锐钛矿向金红石的转变温度并非固定 ,条件适宜时 ,可在较高温度下保持纳米锐钛矿的晶型稳定 ;影响纳米薄膜中TiO2 锐钛矿向金红石转变的因素主要与工艺条件、基材性质及基材与薄膜在高温下的相互作用方式有关