基于正交设计与BP神经网络优化制备Cu-Ce/TiO_2的预测模型

采用过渡金属Cu和稀土金属Ce对TiO2进行改性。为获取高效的甲醛气体去除率,运用正交实验设计结合BP神经网络优化TiO2的改性方案。以Cu-Ce掺杂负载量、Cu-Ce摩尔比和烧结温度为正交实验设计因子,每个因子各取3个水平,以光催化甲醛气体的降解效率为目标因子,编制3因素4水平正交设计表。结合BP网络强大的函数拟合功能,以正交设计表中3因素为网络输入层,以光催化甲醛气体的降解效率为网络输出层,建立BP神经网络优化模型,并通过该模型进行预测和优选,得到最佳的活性炭改性方案。即Cu-Ce掺杂负载量为2.92%、Cu-Ce摩尔比为1∶1和烧结温度为517℃。此时光催化甲醛气体的降解效率为61.60%,与预测值59.47%的相对误差为3.46%。     

低量Y3+掺杂对TiO2光催化活性的影响

利用溶胶-凝胶法在煅烧温度600 ℃制备了不同Y3 掺杂量的纳米TiO2粉体,并用XRD技术对样品进行了表征.研究了Y3 掺杂量对样品相结构、晶粒尺寸和光催化降解亚甲基蓝的活性的影响,利用相结构与纳米TiO2光催化活性关系探讨了Y3 掺杂对纳米TiO2的光催化活性.结果表明,适量掺杂Y3 可以提高其光催化活性.当Y3 掺杂量为0.04%, 纳米TiO2粉体的光催化活性最佳,降解率为94.6%,其金红石相含量为9.8%,平均粒径为12 nm,Y3 掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸这两方面均有利于提高光催化活性.     

低量Gd^3＋／Fe^3＋共掺杂TiO2制备及催化活性

利用溶胶-凝胶法在煅烧温度540℃制备了纯的和不同Gd^3＋／^3＋共掺杂的TiO2纳米粉体,并用XRD技术对样品进行了表征。研究了Gd^3＋／Fe^3＋共杂量对样品相结构、晶粒尺寸和光催化降解亚甲基蓝的活性的影响,利用相结构与纳米TiO2光催化活性关系探讨了Gd^2＋／Fe^3＋共掺杂对纳米TiO2的光催化活性。结果表明,与纯TiO2相比,适量共掺杂Gd^3＋／Fe^3＋可以显著提高其光催化活性。当Gd^3＋／Fe^3＋共掺杂量为0．04％／0．04％,Ti02纳米粉体的光催化活性最佳,降解率为89．96％,其金红石相含量为32％,平均晶粒粒径为30nm,Gd^3＋／Fe^3＋共掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸这两方面均有利于提高光催化活性。     

掺杂钕离子纳米TiO2的制备及光催化降解水中苯酚的研究

以钛酸四丁醇为原料，采用溶胶．凝胶法制备了掺杂Nd^3＋的纳米TiO2光催化剂，探讨了掺杂对二氧化钛光催化活性的影响。通过X射线衍射（XRD），透射电镜（XRD）对制备的Md^3＋掺杂TiO2样品的相组成和晶粒大小进行了分析，并以苯酚为降解对象，考察了不同掺杂浓度，不同热处理温度下掺杂TiO2对苯酚的光催化降解效果。结果表明：掺杂Nd^3＋的TiO2为锐钛矿和金红石的混合晶相，Nd^3＋掺杂可阻碍TiO2的晶相转变，减小催化剂的晶粒尺寸，提高TiO2粒子的光催化活性。在本实验范围内，当Nd^3＋质量分数为0．8％（以TiO2质量计），处理温度为500℃时，TiO2光催化活性较高。与未掺杂的TiO2相比，其光催化活性提高约70％。     

超声场作用下薄膜型WO3-TiO2光催化剂制备与性能表征

在超声场作用下采用溶胶-凝胶法制备了纳米WO3-TiO2复合光催化剂。利用薄膜对罗丹明B溶液的光催化降解作用，考察了钨酸铵掺杂量、镀膜层数、烧结温度、烧结时间、基质、pH值、溶解氧及超声波等因素对光催化活性的影响，并与普通溶胶-凝胶法进行了比较。结果表明，在超声场作用下，溶胶的胶凝时间显著缩短，光催化剂颗粒粒径明显减小，催化活性显著提高，当钨酸铵掺杂量为0．5％（质量分数）、多孔钛片为基质、镀膜9层、575℃下烧结1h得到的WO3-TiO2薄膜的光催化活性最高。该温度下制备的WO3-TiO2薄膜几乎均为金红石型TiO2。     

Gd3+掺杂纳米TiO2的制备及性能

采用溶胶-凝胶浸渍法制备了纯的和Gd3+掺杂的纳米TiO2,并利用XRD、UV-Vis漫反射光谱对样品进行了表征。考察了Gd3+掺杂对TiO2催化活性的影响。结果发现Gd3+的掺入阻止了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,抑制了晶粒的生长。与纯TiO2相比,Gd3+掺杂的TiO2在紫外区的光吸收能力增强,TiO2催化剂光催化分解水制氢活性提高了56%。     

La掺杂SiO_2/TiO_2纳米粉体的制备及其光催化性能

采用并流中和法制备了La掺杂的SiO2包覆TiO2纳米粒子,利用X射线衍射(XRD),傅立叶交换红外光谱(FT-IR),透射电镜(TEM)及紫外可见光吸收(UV-Vis)光谱对掺杂改性前后样品进行表征。以紫外光照降解甲基橙为测试体系,研究了La掺杂量及煅烧温度对SiO2/TiO2光催化性能的影响,并对其作用机制做了初步的探讨。FT-IR表明在包覆层和纳米TiO2颗粒之间的界面上形成了Ti-O-Si和Ti-OLa键,从而抑制了金红石相的形成,提高了热稳定性,和XRD分析结果一致,掺杂了La的SiO2/TiO2在800℃时金红石相的含量仍然比较低,和120℃时的含量相当;TEM照片显示改性后的TiO2团聚减小,粒度均匀。UV-Vis光谱分析显示La掺杂SiO2/TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,其中光吸收红移最大的样品为3.0%La掺杂量的SiO2/TiO2,带隙能(Eg)由原来的2.98 eV降为为2.41 eV。光催化性能实验结果显示当La的摩尔掺杂量为3.0%时,其光催化活性最好,光照20 min,与未掺杂改性的TiO2相比甲基橙的光降解率提高了55.1%;另外,未掺杂TiO2煅烧温度对光催化影响显著,当温度由120℃增加为800℃时,光照25 min的降解率就由69%降为10.7%,而掺La的SiO2/TiO2煅烧温度对其光催化性能影响不大。     

预氧化对钛铁矿结构及其产物金红石的影响

利用X射线衍射分析和流态化酸解水解工艺,研究预氧化温度和时间对钛铁矿晶体结构及其产物金红石的影响。结果表明,预氧化温度低于800℃时,生成了金红石微晶和FeTiO3·Fe2O3固溶体,预氧化温度高于850℃时,生成了明显的金红石相和铁板钛矿Fe2O3·TiO2,原来的钛铁矿结构被破坏。产物金红石TiO2纯度随着预氧化温度的升高先增加后减少,预氧化温度为800℃时,TiO2纯度最高,为90.03%。预氧化时间从15 min增加到60 min,逐渐生成金红石微晶和FeTiO3·Fe2O3固溶体,没有破坏原来钛铁矿的结构,预氧化时间对产物金红石的TiO2纯度影响较小。     

La掺杂对TiO2光催化剂的影响

采用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的TiO2.通过X射线衍射分析、扫描电镜、紫外-可见光漫反射测试等手段对TiO2进行了结构和光吸收性能研究.结果表明La3+阻碍了锐钛矿向金红石转变,提高了晶形转变温度,La3+掺杂之后的TiO2粒径变小,La3+掺杂TiO2光吸收与煅烧温度有关.     

微波烧结制备Sm掺杂TiO2光催化材料与催化性能表征

采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜法和微波烧结技术制备了Sm掺杂TiO2光催化材料.以罗丹明B为降解物,高压汞灯为光源,考察了微波功率、烧结时间、烧结温度、涂膜层数、稀土掺杂量等因素对TiO2光催化活性的影响;并用XRD、TG-DSC和SEM等对材料进行了表征.结果表明,采用微波分三阶段加热、升温时间65min、烧结温度520℃、涂膜3层、Sm掺杂量x(Sm)＝0.3%时,制备的光催化材料催化活性最高,5h内罗丹明B的降解率可达90%;与传统高温烧结相比,采用微波烧结缩短了烧结时间,降低了烧结温度,提高了光催化材料的活性.SEM检测结果表明,微波烧结样品的粒度比较均匀,晶粒明显细化.     

La、Ho掺杂 TiO2光催化抗菌材料的制备与抗菌性能

采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜法制备了La、Ho掺杂TiO2光催化抗菌材料.以大肠杆菌为实验菌种,普通日光灯为光源,考察了旋转速度、稀土掺杂量、涂膜层数、烧结温度、烧结时间等因素对材料抗菌性能的影响.并采用SEM、XRD、TG-DSC等方法对材料进行了表征.结果表明,稀土掺杂TiO2光催化抗菌材料在普通日光灯照射下具备较强的抗菌性能.当旋转速度1100r/min,镧掺杂量为x(La)=0.3%、烧结温度550℃、烧结时间1.5 h、涂膜层数为3层时,La-TiO2抗菌性能最佳;旋转速度1100r/min,钬掺杂量为x(Ho)=0.4%、烧结温度600℃、烧结时间1 h、涂膜层数为2层时,Ho-TiO2抗菌性能较好,且La掺杂TiO2光催化材料抗菌性能优于Ho掺杂TiO2光催化材料,其1.5h杀菌率达92.21%.     

影响纳米材料TiO2光催化活性的因素

讨论了TiO2光催化技术研究现状、探讨了光催化反应机制, 分析了提高光催化反应活性的途径, 并讨论了影响纳米TiO2光催化活性的主要因素 一般而言, 锐钛矿型TiO2的光催化活性高于金红石型TiO2;晶粒尺寸小, 光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短, 它们在TiO2体内的复合几率减小, 光催化活性高;贵金属沉积可提高催化剂表面光生载流子的分离效率, 有利于生成更多的·OH;半导体耦合可提高系统的电荷分离效果, 扩展对光谱吸收范围;金属离子掺入TiO2晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度, 抑制电子与空穴的复合, 延长载流子的寿命, 从而使光催化性能得以改善;TiO2表面羟基的数量直接影响光催化效率.     

铈或钕掺杂TiO2光催化陶瓷及其自洁净抗菌性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉法在陶瓷表面覆盖了Ce或Nd掺杂的TiO2薄膜.稀土掺杂量为Ce/TiO2=0.007,Nd/TiO2=0.003(摩尔比)时,铈或钕掺杂TiO2光催化陶瓷分别对甲基橙的降解率最大.稀土掺杂TiO2光催化陶瓷对大肠杆菌的抗菌率高达99%,较纯TiO2光催化陶瓷的91%更高.     

通电加热氧化金属钛制备TiO2薄膜及其光催化活性

应用在空气中电加热氧化的方法在金属钛表面制备了TiO2薄膜并通过XRD, SEM 以及UV方法分别研究了其晶相结构、表面形貌及光催化活性。控制流过金属钛的电流密度,可以在表面形成TiO2薄膜。SEM和XRD测试表明形成的TiO2为线条状的金红石晶型的均一薄膜。光催化测试表明,电氧化TiO2薄膜具有良好的光催化活性,分解亚甲基蓝的速率常数为(4.2~5.8)×10-3 min-1。     

锡掺杂金红石TiO2纳米棒的低温快速合成及其光电性能研究

采用水热合成法,在较低温度下通过仅引入Sn4+合成了金红石型棒状TiO2纳米晶。X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微电镜(TEM)对不同Sn4+掺杂比例粉体的晶型及形貌的分析表明,Sn4+能促进TiO2由颗粒状的锐钛矿相向棒状的金红石型的转变,棒状纳米晶的形成是纳米颗粒沿着(110)晶面发生定向生长的结果,且形貌转变与晶相转变伴随发生。掺杂样品的光电转换性能研究结果表明,薄膜电极的光电转换效率与材料的晶相组分及其形貌之间有一定的关系,掺杂比例达到0.75%以后,样品的晶相组分及形貌不再随掺杂比例的增大而发生变化,进而光电转换效率不再变化。     

水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及光催化降解性能研究

以Ti(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热法在玻璃基片上制备了稀土离子掺杂的TiO2薄膜。以薄膜对紫外光吸收值为指标,考察了水热反应时间、镀膜次数、掺杂稀土离子的种类、掺杂量对紫外光吸收性能的影响,确定了掺杂薄膜最佳制备条件:在1.0mol/L尿素溶液中,温度为160℃,反应10h,镀膜两次,稀土最佳掺杂量为n(La)=0.9%或n(Eu)=1.1%(n为摩尔比),掺镧元素的效果好于掺铕元素。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备的TiO2薄膜的相结构及形貌进行了分析和表征,结果表明,所制备的薄膜均匀、致密、无可视缺陷。以甲基橙为光催化降解的探针化合物,探讨了TiO2薄膜光催化降解性能,结果表明,掺杂稀土离子的TiO2薄膜对光催化降解性能远优于未掺杂的TiO2薄膜。     

纳米TiO2光催化研究进展

从纳米TiO2晶体结构人手,讨论了纳米TiO2光催化机理、制备技术、修饰活化及分析检测方法,重点比较了锐钛矿型和金红石型纳米TiO2的光催化性能的差异,认为锐钛矿型纳米TiO2由于具有更高的传质空位因而具有好的光催化性能;光催化活化修饰改性应以降低O对Ti的电场束缚为突破点。同时,结合实例介绍了光催化技术在不同领域的最新研究成果。     

凝胶时间对掺Co的TiO_2粉末结构和光谱吸收性能的影响

采用溶胶-凝胶法,通过控制凝胶阶段的温度,制得不同凝胶时间下掺杂Co的TiO2粉末(Co/TiO2),并用X射线衍射仪和可见分光光度仪对其进行表征和分析。结果表明:随温度的升高,凝胶时间缩短;在30℃与40℃之间,凝胶时间有一突跃,在30℃时,凝胶时间为24 h,在40℃时,凝胶时间却只有80 min;凝胶时间大于80 min时,金红石相体积分数大于84%,凝胶时间缩短到20 min时,金红石相体积分数为44%;合理调整凝胶时间可以控制锐钛矿相向金红石相的转变;不同凝胶时间下制备的Co/TiO2粉末的光谱吸收范围明显不同,当凝胶时间为40 min时,Co/TiO2粉末的光谱吸收范围最大,锐钛矿相和金红石相的粒径尺寸最小。     

机械力作用下锐钛矿型TiO2的相变

采用振动磨样机和行星球磨机研磨锐钛矿型TiO2粉体,利用XRD技术对比分析锐钛矿相在2种研磨设备中的相变特点,利用SEM观察振动磨样机中粉体的形貌变化,并对振动磨样机中生成金红石相的机械化学相变宏观动力学及相变过程物质的微观结构变化进行研究。结果表明:锐钛矿相在振动磨样机和行星球磨机中的相变现象不同,在行星球磨机中表现为锐钛矿相→TiO2-Ⅱ相→金红石相的分步相变;而在振动磨样机中除了发生分步相变外,推测还可能发生了锐钛矿相→金红石相的直接相变,并进一步推测剪切力是促进这一直接相变的重要因素。在振动磨样机中形成金红石相的机械化学相变宏观动力学满足Avrami-Erofe’ev模型。     

Fe3+掺杂纳米TiO2的表征及其光催化性能的研究

[目的]提高TiO2的可见光响应和光催化活性.[方法]采用溶胶凝胶法制备掺铁纳米TiO2粉体,进而研究掺铁TiO2的光催化活性.[结果]450 ℃煅烧后掺铁TiO2出现了很明显的TiO2特征衍射峰,且峰形尖锐,结晶良好,均没有出现铁的掺杂新相.随着掺铁量的提高,TiO2的粒径逐渐减小,当掺杂量为0.4%时,TiO2的粒径最小,减少至纯TiO2的45%.掺铁抑制了锐钛矿向金红石矿的转变.随着焙烧温度的升高,TiO2的粒径逐渐增大.用溶胶-凝胶法制备的TiO2均为纳米级,基本成球形颗粒.纯TiO2粒子分布不是很均匀,团聚现象明显;掺铁TiO2颗粒分布均匀,没有明显的团聚现象;掺铁使TiO2在紫外灯和太阳光下的降解性能都有着不同程度的提高.[结论]溶胶-凝胶法制备的掺铁纳米TiO2细化了晶体晶粒,抑制了锐钛矿向金红石矿的转变.