基于TiO2的新型光催化材料的合成及性能研究
毕业论文关键词：TiO2；溶胶-凝胶法；新型光催化材料；光催化活性
Synthesis and Photocatalytic Performance of TiO2-based Photocatalysts
Abstract：Titanium dioxide has a unique photocatalytic activity, has a significant effect in sewage treatment, air purification and other aspects．We use butyl titanate preparate titanium dioxide by Sol-Gel method, and explore the photo reaction time and calcination temperature conditions．By using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), the morphology of the complexes, the specific surface area and particle size were characterized．The results showed that the optimum catalyst synthesis conditions are as follows: the amount of butyl titanate is 20mL, the temperature calcination is 600oC, duration of 8h; the best conditions of titanium dioxide's photocatalytic properties is: When the concentration of methyl orange is 8mg/L, and pH of the solution is about 4, the amount of catalyst was 0.07g, the time of photocatalytic is the shortest．
Keywords：TiO2；Sol-Gel method；New photocatalytic materials；Photocatalytic activity
目 录
摘 要 1
引 言 1
1 实验部分 2
1.1 实验试剂及药品 2
1.2 实验仪器 2
1.3 实验过程 3
2 结果分析和讨论 5
2.1 物相表征(XRD) 5
2.2 相貌表征(SEM) 6
2.3 紫外可见漫反射图谱 7
2.4 光催化实验性能研究 8
3 结 论 12
参考文献 13
致 谢 15
基于TiO2的新型光催化材料的合成及性能研究引 言
二氧化钛的光催化性能应用于污水处理、空气净化、抗菌、化妆品以及涂料等多个领域[1-3]，尤其在空气净化、污水处理等方面效果显著。二氧化钛的半导体能带理论[4]可以解释它的光催化性能，它的禁带宽度为3.2ev，二氧化钛受到波长为387.5nm或小于387.5nm的光照射时，价带的电子就会得到能量而跃迁至导带，形成光生电子，而价带中就会相应的形成光生空穴[5-7]，而价带空穴是良好的氧化剂。TiO2主要有两种晶型：锐钛矿型和金红石型，两种晶型均属于四方型[8]，锐钛矿型TiO2的吸附能力较强，比表面积大，光生电子和空穴容易分离[9,10]，这些因素使得锐钛矿型二氧化钛的光催化活性高于金红石型二氧化钛的光催化活性[11]。
自从发现光催化作用的应用，二氧化钛就被广泛的用于宽范围的研究领域[12]。纳米二氧化钛是指粒径介于1~100nm之间的二氧化钛材料[13]，是一种新型的功能性纳米材料，具有比表面积大、化学性能高等优点[14,15]。然而，二氧化钛纳米颗粒容易聚合，二氧化钛粉体难以回收，使得在光催化过程中催化效率低、易引入杂质[16,17]。因此，人们作出了很大的努力，来解决二氧化钛纳米颗粒的聚集和难以回收的难题，例如二氧化钛的掺杂、改性和TiO2粉末直接担载等技术[18]。
纳米TiO2的制备方法有：TiCl4气相法、钛醇盐气相水解法[19]、溶胶-凝胶法[20]、W/O微乳法[21]等等。本文采用溶胶-凝胶法制备TiO2。溶胶-凝胶法合成无机化合物材料和玻璃、陶瓷等复合材料所需条件温和，对外在条件要求较低[22]。溶胶-凝胶法是指把原料分散在无水乙醇等溶剂中，并不断搅拌形成活性单体，活性单体聚集生成溶胶，最后再经过干燥、煅烧生成所需样品[23]。溶胶-凝胶法是在液体基础上进行的反应，很容易进行元素的掺杂，达到均匀掺杂的效果[24]，但是该方法本身也存在很多不足，例如反应时间太长、凝胶中有微孔存在，干燥的过程中溶胶产生收缩，对生成的物质有一定影响。