钒掺杂纳米TiO透明光触媒乳液的制备表征与应用

摘要

地球环境污染问题是世界上最难解决的课题之一，而复合纳米级光触媒(TiO2)以其降解有毒有害气体、抗菌、防霉、抗污、除臭等功能以及对人体无害的特点，是当今世界上最先进的环保技术。二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料，具有光催化活性好、耐光化学和化学腐蚀能力强、本身稳定性高、价格相对低以及对人体无毒等优点，在光催化降解有机物分子方面显示了独特的优良特性，因而在环境污染防治、水处理、空气净化、制备自清洁材料等许多领域有着广阔的应用前景。但是由于TiO2是宽禁带半导体材料，其导带—禁带宽度约3.2eV，在紫外光照射下有强吸收(≤388nm)，而对可见光的吸收性较差。若利用太阳光作光源，有效的紫外光在太阳光中仅占5％，这就大大限制了它的应用。如果将光谱响应范围拓宽到可见区，将会对二氧化钛在环境净化中的应用带来更广阔的前景。研究表明，如采用有机染料敏化、贵金属沉积和溶胶凝胶法金属离子掺杂的方法来对氧化钛进行改性，均可以提高光子的利用率，使太阳光能的利用率有所提高，但是以上方法却存在着反应稳定性差、价格昂贵和操作工艺繁琐等缺点。
　　 本文以四氯化钛、氨水、偏钒酸铵等简单易得的试剂为主要原料，制备出了钒掺杂的纳米二氧化钛透明光触媒乳液。研究了反应时间、回流时间、络合剂用量、表面活性剂用量以及掺杂量等反应条件对合成工艺和材料性能的影响，找出了最佳的制备条件，实验证实：在1℃下，控制络合剂比例为1：3，最佳掺杂量为0.8％(molar ratio)，低温络合反应24小时，表面活性剂添加为0.2％(molar ratio)，加热回流20分钟后，所制备的复合透明光触媒乳液光催化降解酸性大红3R效果最好。室温下对乳液进行干燥后，采用XRD、TEM、EDS等手段对所得粉末样品的物相、形貌进行了表征，结果表明：样品为掺杂均匀的锐钛型结构，粒径为7nm左右。
　　 在太阳光照射下，利用该乳液对酸性红染料进行了降解实验，同时研究了样品加入量、体系pH值、酸性大红3R浓度对降解效果的影响，并与国内出售光触媒产品的光催化性能进行了对比。结果表明：适量钒掺杂纳米二氧化钛透明乳液具有比纯二氧化钛乳液更高的催化活性，并且具有规律性，掺杂浓度为0.8％(molar ratio)时效果最好，在50 min内可实现对污染物接近100％的矿化，是一种性能优异的光催化材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2纳米TiO2光触媒的发展历史和现状

1.3纳米TiO2的晶体结构和光催化的原理

1.4纳米TiO2光催化材料的制备方法

1.5纳米TiO2光触媒的功能

1.6纳米TiO2光催化材料的改性和发展方向

1.7本文研究内容、目的和意义

第2章 钒掺杂纳米二氧化钛乳液的制备及表征

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4结论

第3章钒掺杂纳米TiO2透明乳液光催化降解酸性红3R的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4结论

第4章结论

参考文献

附录 硕士期间发表的论文及获奖情况：

致谢