TiO_2粉体.docVIP

《TiO2粉体的光谱特性与光催化性能的研究》 《TiO2纳米粉体的制备及光催化降解水杨酸的研究》 以钛酸丁酯为前躯体，采用溶胶-凝胶法制备了两种TiO2纳米粉体，并通过TEM和XRD分析方法对其结构性能进行了表征。检测结果表明：两种TiO2纳米粉体均由5～10nm左右的球形颗粒组成，晶型均为锐钛矿型。 采用溶胶-凝胶法在不同溶剂中制备了两种TiO2纳米粉体光催化剂，其过程如下： (1)催化剂1的制备：准确量取一定量的钛酸丁酯并且缓慢溶于无水乙醇和少量水的混合溶液中，体积比控制在水∶钛酸丁酯∶无水乙醇=1∶50∶250。通过滴加浓HCl控制溶液的pH=4.0；在室温、磁力搅拌下使钛酸丁酯缓慢水解30min，得到稳定的TiO2凝胶。TiO2凝胶在室温下干燥8周，然后放入烘箱内保持40℃恒温放置20d，再放入马福炉内加热至400℃保温2h，取出置于干燥器中自然冷却至室温，研磨即得到TiO2纳米粉体的光催化剂1。 (2)催化剂2的制备：准确量取一定量的钛酸丁酯缓慢溶于正丁醇的水溶液中，体积比应控制在钛酸丁酯∶冰醋酸∶正丁醇∶H2O=20∶10∶40∶5。滴加冰醋酸控制溶液的pH=4.0，在室温、磁力搅拌下使钛酸丁酯缓慢水解，得到稳定的TiO2凝胶；在同上条件下处理，即得到TiO2纳米粉体的光催化剂2。 《不同晶型的纳米TiO2粉体的低温制备及光催化性能研究》 一般而言,在自然界中TiO2主要以锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种形式存在,前两种晶型可以通过合成的方法制备,而板钛矿型主要是天然存在的晶型。在稳定性方面,锐钛矿和板钛矿型TiO2是亚稳态相,在一定的条件下可以转变为金红石型,锐钛矿型TiO2在热处理温度高于550℃时开始向金红石型转变。由于晶型的不同,它们表现出的物理、化学性质也不一样,金红石型TiO2具有很强的散射和吸收紫外线能力,锐钛矿型TiO2则具有很好的光催化活性。目前,制备纳米TiO2的方法主要有物理法和化学法,通过物理方法可以制得分散性好,粒径符合要求并且纯度较好的纳米TiO2,但由于该方法要求设备较复杂、成本较高,很少在实验室中采用。化学法制备又可以分为气相法和液相法,较常采用的有沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和微乳液法。 本试验采用TiCl4直接水解法制备不同晶型的纳米TiO2。制备锐钛矿型TiO2时,以TiCl4为前驱体,在冰水浴(本试验采用纯冰块)的条件下,将一定量的TiCl4溶液缓慢滴入蒸馏水中,并不断的搅拌直到冰块完全溶解为止,之后将浓硫酸滴加到所得的TiCl4水溶液中,充分搅拌,整个混合过程中溶液的温度应控制在0℃以下,溶液中TiCl4的浓度为1mol/L,浓硫酸与TiCl4的摩尔比为1∶20。之后将混合物在90℃的恒温水浴中进行水解,水解完成后陈化10h,加入浓氨水调节pH值为6左右。然后进行抽滤,用蒸馏水反复洗涤,除去溶液中的Cl-,将得到的白色沉淀放入真空干燥箱中进行干燥,在100℃下干燥4h,制得了TiO2粉体。制备金红石型的纳米TiO2时,方法与制备锐钛矿型相似,不同之处是向水解前的溶液中加入浓盐酸代替浓硫酸,加入的浓盐酸的量与TiCl4的摩尔比为1∶1,水解温度维持在70℃左右,由于水解温度较低,40mLTiCl4的水解时间大概需要10h。 在溶液中,TiCl4的水解过程可以表示为:TiCl4+2H2O=TiO2+4H++4Cl-(1)由于TiCl4遇水后立即水解并放出大量的热,若TiCl4的浓度继续增大,水解得到的TiO2胶体会凝聚在一起,影响纳米级TiO2粉体的制备。因此,我们采取在冰水浴的条件下,降低反应体系的温度抑制水解反应的进行。在冰水浴条件下,TiCl4的水解是分三步进行的:TiCl4+H2O=TiOH3++H++4Cl-(2)TiOH3+=TiO2++H+(3)TiO2++H2O=TiO2+2H+(4)其中反应(2)是快速反应,当TiCl4溶于冰水中时,立即测试溶液的pH值可以发现其为酸性,说明TiCl4溶于水时,立即与水反应产生了大量的H+。反应(3)和(4)是吸热反应,升高体系的温度有利于反应向正向移动,我们采取在90℃和70℃恒温水解的目的就是促进反应的进行,缩短获得TiO2+和TiO2的时间,否则水解的时间会持续几天甚至几十天。为了得到锐钛矿型TiO2,在反应(2)完成后向溶液中加入少量的SO42-离子。因为在酸性介质中,SO42-离子表面所带的负电荷和生成的沉淀表面所带的正电荷作用,限制了TiO2+的生长取向,形成了每个八面体与周围8个八面体相连的锐钛矿型结构,并且SO42-离子中的氧原子容易与反应生成的酸碱原子团形成化学键,有利于锐钛矿型TiO2晶核的形成。 制备金红石型TiO2时向溶液中加入了与TiCl4等量的浓HCl,反应体系的H+浓度急剧增加。在强酸性的环境中,