纳米TiO2的制备及光催化活性的研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
超声微波辅助制备纳米TiO2及光催化性能研究
四、结论与展望
本次演示研究了超声微波辅助制备纳米TiO2及光催化性能研究。通过对比实验， 发现超声微波辅助制备的纳米TiO2具有更高的光催化活性和光电催化性能。这 主要归因于其优异的分散性和高比表面积。在此基础上，本次演示也探讨了超 声波和微波的作用条件对纳米TiO2制备和性能的影响规律。
然而，尽管超声微波辅助制备纳米TiO2在光催化领域展现出优越的性能，但仍 存在一些问题需要进一步研究和改进。首先，对于超声波和微波的协同作用机 制仍需深入探讨，以实现制备过程的进一步优化。其次，目前的研究主要集中 在实验室规模，如何实现规模化生产仍需进行大量研究工作。最后，如何提高 纳米TiO2的光电催化性能以及其在复杂污染物处理方面的应用仍需进一步探索。
展望未来，我们期望通过深入研究和优化超声微波辅助制备纳米TiO2的方法， 进一步提高其光催化性能和光电催化性能。希望能够在实践中将此技术推广应 用，解决实际环境问题，推动环境科学的进步。此外，我们也期望能够在其他 领域中发掘超声波和微波的应用潜力，为推动绿色科技的发展做出贡献。
谢谢观看
其中，超声微波辅助制备法因具有高效、节能、环保等优点而备受。本次演示 将围绕超声微波辅助制备纳米TiO2及光催化性能研究展开讨论。
二、超声微波辅助制备纳米TiO2
超声微波辅助制备纳米TiO2是一种绿色、高效的制备方法。其制备过程主要包 括以下几个步骤：首先，将TiO2前驱体溶液与超声波、微波发生器引入反应体 系中；然后，通过调控超声波、微波的强度和作用时间，实现前驱体的快速水 热反应；最后，经过离心、洗涤、干燥等后处理步骤，得到纳米TiO2粉末。
超声微波辅助制备纳米TiO2及光催化性 能研究
目录二、超声微波辅助制 备纳米TiO2
04 四、结论与展望
TiO2纳米材料的制备及其光催化性能
TiO2溶胶的制备及其光催化性能一、实验目的1•掌握水解法制备TiO2溶胶的基本原理；2.掌握多相光催化反应的催化剂活性评价方法；3•掌握紫外分光光度计的测试原理。
二、TiO2光催化简介1•光催化反应原理自从1972年日本学者Fujishima和Honda在n型半导体TiO2单晶电极上实现了水的光电催化分解制氢气以来，多相光催化技术开始引起世界各行各业科技研究者的极大关注。
半导体多相光催化技术作为一种环境友好型的新型催化技术，在环境治理、新能源开发以及有机合成等领域都有着广泛的应用。
TiO2是n型半导体，根据固体能带理论，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带(valenceband，V.B.)和空的高能导带(conductionband，C.B.)构成。
价带和导带之间的不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。
TiO2(锐钛矿)的Eg=3.2eV,相当于387nm光子的能量。
当TiO2受到波长小于387nm的紫外光照射时，处于价带的电子就可以从价带激发到导带(e-)，同时在价带产生带正电荷的空穴(h+)，从而形成电子-空穴对。
当光生电子和空穴分别扩散到催化剂表面时，和吸附物质作用后会发生氧化还原反应。
其中空穴是良好的氧化剂，电子是良好的还原剂。
大多数光催化氧化反应是直接或间接利用空穴的氧化能力。
空穴一般与TiO2表面吸附的H2O或OH-离子反应形成具有强氧化性的氢氧自由基OH・，它能够无选择性氧化多种有机物并使之彻底矿化，最终降解为CO2、H2O等无害物质。
而光生电子具有强的还原性可以还原去除水体中的金属离子。
光催化过程的基本反应式如下：TiO2+hv(>TiO2的禁带宽度3.2eV)—h++e-h ++e -—>hv （或热量）H 2OH ++OH -OH -+h +f•OHH 2O+h +f•OH +H+空气中游离氧的作用就犹如电子的受体，可形成超氧负离子・02-,超氧负 离子与羟基自由基一样也是强氧化还原活性的离子，它们可以氧化和降解半导 体表面上甚至其附近的许多细菌和其他有机物。
纳米TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究
粉体 呈锐钛 矿相 ， ８ ０ 经 ０ ℃退 火得到 了锐钛矿 相 与金 红石相 的 混合 晶相 ， ９ ０ 经 ０ ℃退 火 完全 转化 为金 红石 相 。薄
膜表 面粒子 分布 均 ＞， 面平均粗糙 度 为 １５ ｎ 该薄膜 具有 较 高的光 催化 活性 ， 直接 用 于光催 化 降解 有机 －表 － ｊ ．４ｍ， 可
ｔ ｒ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｎ ｔ ｓ ｈ ｓ ｅ ｎ ｅ ｌ ｇ ｆ ｏ ３ ０ ｔ ０ ℃ ．ｔｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｘ ｄ ｐ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｎ ｔ ｓ ｕ ｅ ｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｎ ａ ａ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａ ｉ ｒ ｍ ０ ℃ ｏ ７ ０ ｎ ｉ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｍｉ ｅ ｈ ｓ ｔｕ ｔ ｒ ｆａ ａ ａ ｅ ａ ｄ ｒ ｔｌ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａｉ ｇ ａ ０ ￣ ， ｎ ｔｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉｇ ｅ ｒ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａｉ ｇ ａ Ｏ ￣ Ｔｈ ａ ｔｃｅ ｉ— ｎ ｕ ｉ ｅ ｎ ｅ ｌ ｔ８ ０ Ｃ ａ ｄ ｉ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｓｎ ｌ ｕ ｉ ｈ ｓ ｅ ｎ ｅ ｌ ｔ９ ＯＣ． ｅ ｐ ｒｉｌ ｓ ｄ ｓ ｅ ｎ ｌ ｎ ｔ ｉｕ ｅ ｏ ｈ ｉ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｅ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｎ ｈ ｖ ｒ ｇ ｕ ｆｃ ｏ ｇ ｎ ｓ ｓ １ ５ ｎ ￣ Ｔｈ ０２ ｔ ｉ ｉ ｈ ｓ ａ ｒｂ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆ ｍ ｕ ｆ ｃ ｒ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ｉ ． ４ ｎ ｌ ｅ Ｔｉ ｈ ｎ ｆ ｍ ａ ｌ ｖ ｒ ｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ Ｉ ａ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｎ ｉｌ ｓ ｓ ｃ ｓ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｒ ｄ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｉ ｏ ｏ ｎ ｓ ａ ｄ ｅ ｙ ｇ ｏ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓｓ ｔｃ ｎ ｂ ｐ ｌ ｍａ ｙ ｆ ｄ ， ｕ ｈ ａ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｔｃｄ ｇ ａ ａ ｉ ｆ ｇ ｎｃ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ， ｎ ． ｅ ｎ ｅ ｏ ｏ
纳米TiO2的制备表征及光催化性能研究
２ １２ ＴＯ 样 品的制备 ．． ｉ２ 在温度为 ６ ℃ 的水浴 中及强力搅拌下 ，将 一定量钛 酸 四正 丁酯 （ ． ． ，水解抑 制剂 （ ０ ＣＰ ） 自制 ） ， 加入到 ８ ｍ 蒸馏水 中 ，充分 混合后 用 Ｈ Ｏ ２ ５ ｏ Ｌ ）调 节 ｐ ０ｌ Ｎ ，（ ． ｍ ｌ ／ Ｈ值形 成混合 溶液 ，反应 １ ０—１ｈ ２ 即可得到均匀 、透 明淡 黄 色 溶胶 ，经 陈 化 ，８ ％ 干燥 ，分 别 在 空气 气 氛 下 ３ ０ 、４ ０１、５０ 、 ０ ０％ ０￣ ０％ ２ ６０Ｃ、７０Ｃ煅烧 ５ ，研磨后得 到淡 黄色 ＴＯ 粉体 。 ０￣ ０￣ ｈ ｉ
２ ２ 光催化剂性 能的表 征 ．
基 金 项 目 ：楚 雄 师 范 学 院科 研 项 目 （ 目编 号 ０ ＹＢ Ｊ ５ 。 项 ８ Ｙ０ ）
收 稿 日期 ：２ １ — ０ — １ ０１ ４ １
作 者 简 介 ：董
刚 （ ９ ３ ），男 ，云 南 楚 雄 人 ，副 教授 ，从 事 光 催 化 材 料 性 能 研究 。 １６ 一
关 键 词 ：纳 米 ＴＯ ；溶胶 一 凝胶 法 ；光 催 化 ｉ
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ３ 文 章 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ７ ０ （０ １ ６ — ０ ７ — ０ Ｂ８ ６１ ４ ６ ２ １ ）０ ０１ ６
１ ．引 言
纳米 ＴＯ 光催化剂具有 良好 的化学稳定性 、无 毒 、制备成本低 等优点 而成 为研究热点 ，锐钛矿 ｉ
一
影 响差异较大 。
本文采用溶胶一凝胶法制备不 同热处理 温度 纳米 ＴＯ ，研究 纳米 ＴＯ ｉ ｉ 的结构及光催化性能 。
２ ．实 验 ２ １ 光催 化剂的制备 ．
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的评价实验报告班级：1.2.3.4.5.1收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分散性好等。
基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景。
利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种TiO2感光材料。
如何开发、应用纳米TiO2，已成为各国材料学领域的重要研究课题。
目前合成纳米二氧化钛粉体的方法主要有液相法和气相法。
由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂[1～3]，因此，本实验采用溶胶-凝胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。
制备溶胶所用的原料为钛酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、无水乙醇(C2H5OH)以及冰醋酸。
反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。
使Ti(O-C4H9)4在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脱水后即可获得TiO2。
在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得金红石型和锐钛型二氧化钛。
钛酸四丁脂在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的，总水解反应表示为下式，2、3、10mLpH值使B中，滴速1h后得到4溶液A溶液A与溶液B混合水浴加热一小时后得到的淡黄色溶胶烘干过程中粉末炭化变黑继续加热由黑色变成淡黄色继续加热至不变5、实验结果记录：经老师焙烧活化后的二氧化钛质量为m=2.21g二、二氧化钛光催化活性的评价1、实验原理：根据TiO2 能降解有机物的性质，TiO2能催化降解亚甲基蓝和甲基橙，其降解速度与二氧化钛活性有关，可以通过测量单位时间内被降解有机物浓度降低量来确定二氧化钛的活性，而有机物的浓度可以通过分光光度计测得。
纳米TiO2的制备及其光催化性能的研究
室温下 ， 一定 量 的苯 甲酸 溶解 在 ５ 将 ０ｍＬ乙醇 中 ， 后 向其 中加 入 ０ ０ ｏ Ｔ 搅 拌 ０ ５ｈ后 形 然 ．８ｔ ｌ Ｂ， ｏ ． 成 淡 黄色 的透 明溶 液 。在上 述体 系 中加 入 ２ｍＬ蒸 馏水 ， 继续 搅拌 １ｈ 得 到黄 色溶 胶 。将 得 到 的溶 胶 ，
理得到纳米级 ０ 。以 Ｘ Ｄ、 ａ ｎ Ｔ Ｍ 和 Ｂ Ｔ对样品的晶型和形貌 进行 了表 征。结果表 明， ２ Ｒ Ｒ ｍａ 、 Ｅ Ｅ 改进的 一ｅ法制备得到的 ０ 是结 晶性很好 的锐钛 矿晶型 Ｔ０ ， ｇｌ ２ ｉ２ 具有 较大的 比表 面积。以偶
氮染料甲基橙（ ＭＯ） 水溶液为 目标降解物 ， 考察 了 ０ 催化剂在紫外 光照射下 的光催 化性能。实 ２
是最具 有 开 发前 途 的 绿色 环 保 型催 化 剂 。Ｔ Ｏ ｉ ｅ的
１ 实 验 部 分
１ １ 仪 器 及 试 剂 ．
自压釜 ，０ ， １ ０ｍＬ 上海 仪艺 机 械有 限公 司 ； 空 真 干燥 箱 ， 天津市 通 达实验 电路 厂 ； 多功 能光化 学反应 仪 ， 苏省 环境科 学研究 所； 射线 衍射仪 ， 江 Ｘ 日本
相反应 法 、 学 沉 淀 法 、 胶一 胶 法 、 乳 液 法 、 化 溶 凝 微 水 热法 和溶剂 热法 等 。为 了提高 Ｔｉ２的光催 化 性能 ， Ｏ
Ｙ ｏ ａｒｍ ｝ ０ ｖｎＩ ｂａ 玎 ０光谱 仪 ， 国 ； ｔｃｉ０ — ． 法 Ｈｉ ｈ一 ０２型 ａ ６ 电镜 观 察 透 射 电子 显 微 镜 ； ｉ ｌ 型 傅 立 叶 红 外 Ｎｃ ｅ ｏｔ
仪 ， Ｂ 压 片 ； ｒ ｔｒ ０ ０型 自动 物理 吸附 仪 ， 国 ｋｒ Ｔ ｉ ａ ０ ｓ ３ 美
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
纳米二氧化钛的制备及光催化
纳米二氧化钛的制备及光催化引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。
它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。
1.纳米TiO2的制备纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。
(1).化学气相沉积法(CVD)CVD法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。
它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。
该方法制备的超细粉纯度高,分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。
Leszek W.achow ski等人利用CVD 法在含碳材料表面制得TiO2。
李文漪利用化学气相沉积法水解四异丙醇钛(TTIP)制备TiO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TTIP的反应动力学。
该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。
(2).化学气相水解法化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TiCL4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。
TiCL4氢氧火焰水解法的基本原理是将TiCL4气体导入高温的氢氧火焰中(700~1000e)进行气相水解,其基本化学反应式为:TiCL4(g)+2H2(g)+O2(g)=TiO2+4HCL(g)钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物,再经过液固分离、干燥和煅烧等工序,制备TiO2粉体。
TiO2的实验报告
纳米TiO2的制备及其光催化性能的检验实验报告一、实验目的：1、了解纳米TiO2的性质及应用。
2、掌握制备纳米TiO2的原理和方法，并比较不同方法的优缺点。
3、掌握检验纳米TiO2光催化性能的一般方法。
4、掌握离心机、分光光度计等仪器的使用方法。
二、性质：（1）基本化学性质：纳米TiO2化学性能稳定,常温下几乎不与其它化合物反应,不溶于水、稀酸,溶于氢氟酸和热浓硫酸。
不与空气中CO2 ,SO2,O2等反应,具有生物惰性。
纳米TiO2具有热稳定性,无毒性。
与硫酸氢钾或与氢氧化碱或碳酸碱共同熔融成钛酸碱后可溶于水。
相对密度约4.0。
熔点1855℃。
（2）光催化：纳米TiO2是一种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,金红石型为3.0eV,当它吸收了波长小于或等于387.5nm 的光子后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,吸附在TiO2表面的氧俘获电子形成•O2-,而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的•OH,反应生成的原子氧、氢氧自由基都有很强的化学活性, 氧化降解大多数有机污染物,同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时起作用,对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度有所不同。
这些原子氧、氢氧自由基和空穴还能与细菌内的有机物反应,生成CO2、H2O 及一些简单的无机物,从而杀死细菌,清除恶臭和油污。
此外,半导体表面产生的高活性电子具有很强的还原能力,电子受体可直接接受光生电子而被还原, 故也可用来还原去除环境中的某些特定污染物,如: Cu2+等有毒离子。
另外,光催化效率与激发态电子、空穴到达表面的时间有关, 纳米TiO2粒子作为光催化剂, 其粒径越小,电子、空穴到达反应表面的数量越多,光催化效率越高但是,由于TiO2本身禁带宽, 产生的电子-空穴对不仅极易复合而且寿命较短, 光响应范围较窄, 使光催化活性受到了一定的限制,且利用的光谱范围受到一定的限制。
TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇
TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究1TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究随着环境污染日益严重，光催化技术逐渐成为一种重要的治理手段。
其中，TiO2因其良好的光催化性能，在光催化领域中得到了广泛应用。
近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始尝试制备TiO2纳米结构及其复合材料，以提高其光催化性能。
本文将就TiO2纳米结构、复合及其光催化性能进行探讨。
TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。
其中，纳米级TiO2颗粒具有更高的比表面积和更好的光催化性能。
通过控制TiO2颗粒的形貌和尺寸，可以进一步提高其光催化性能。
目前，制备TiO2纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气-液界面法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。
通过将钛酸四丁酯、乙醇等原料混合后，进行溶胶-凝胶、干燥、煅烧等步骤，即可制备纳米级TiO2颗粒。
研究表明，通过控制煅烧温度和时间，可以控制TiO2颗粒的尺寸和形貌。
例如，较高温度和较长时间会导致颗粒尺寸增大，形貌由球形转变为椭球形或纺锤形等。
除了纳米颗粒外，掺杂和复合是另一种提高TiO2光催化性能的有效手段。
掺杂主要是通过将其他元素掺入TiO2晶格中，以改变其电子结构，提高光催化性能。
目前常用的掺杂元素包括银、氮、碳等。
复合则是将TiO2与其他材料复合，以提高其光催化稳定性和性能。
常用的复合材料包括金属氧化物、石墨烯、聚合物等。
对于掺杂TiO2，研究发现，掺杂银元素可以增加TiO2的光催化活性和稳定性。
由于银元素具有良好的表面等离子共振吸收效应，可促进TiO2的光吸收和电子传输。
同时，掺杂氮和碳元素可以缩小TiO2带隙，增强光吸收效果。
对于复合TiO2，研究发现，纳米级TiO2颗粒与金属氧化物复合，可以提高其光吸收和电子传输效果，从而提高光催化性能。
总体而言，制备TiO2纳米结构、掺杂和复合是提高TiO2光催化性能的有效手段。
低温制备纳米TiO2及其可见光光催化活性
金红石 型 ＴＯ 对 波 长 大 于 ４０ ｍ 的可 见 光有 良好 ｉ ０ｎ 的吸 收 ， 有较 好 的可 见 光 光 催 化 性 能 。我们 通 过 具
能的储存与利用、 电转换及光 催化降解大气 和水 光
中的污染 物方 面有 广 阔 的应 用 前 景 ， 为 目前 研 究 成 的热点 之一 【 Ｊ 自然界 中 ，ｉ 三种 晶型存在 ， ｌ 。 ＴＯ 有 分 别是 锐钛 矿 ， 金红 石 和板 钛 矿 。在 光 催化 的研 究 中， 人们 发 现 锐 钛 矿 型 ＴＯ ｉ 较 金 红 石 型 ＴＯ 有 着 ｉ： 更 强 的光催 化性 能 。原 因在 于二者 的费米 能级 不 同
ｈ ｄ ｏｈ ｒ ｌｐｏ ｅ ｓａ ｄ Ｓ ｌ— Ｇｅ ｅ ｃｉｎ ． Ｔ ｅ ｒ ｆｅ ｆｒ ｄ ａ ｏ ｔｍｐ ｒｔｒ ｅｏ ５ ｃ ｙ ｒｔｅｍａ ｒｃ ｓ ｎ ｏ ｌｒａ ｔ ｓ ｈ ｕ ｌ ｏｍｅ ｔｌｗ ｅ ｅａｕ ｅ ｂ ｌｗ Ｏ Ｉ ｈ ｅ ｏ ＝．Ｔ
ｐ ａ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ，ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ，ａ ｄ ｍｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｗ ｒ ｓ ｔ ｄ ｅ ｈ ｅ ｐ ａ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ ｏ ｔｎ ａ ｈ ｓ ｏ ｏｉ ｏ ｔ ｃ ｏ ｔ ｃｕ ｅ ｎ ｒ ｈ ｌｇ ｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｉｄ，Ｔ ｈ ｓ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｔ ａ ｉ ｒ ｌ ｕ ｔ ｉ
水热法 ， 在较低 的温度甚至是室温 的条件下制备 了
ｒ ｔ ｅ ｃ ｓ ｌ ｐ ｓ ｅ ｓ ｄ ｈ ｈ ｔｃ ｔ ｌｔ ｃｉ ｉ ｅ ｎ ｅ ｉｉ ｌ ｉｈ ｒａ ｉｔ ｎ ｏ ｖ ｌｎ ｔ ＞ ｕ ｉ ｒ ｔ ｓ ｏ ｓ ｓ ｅ ｉｈ ｐ ｏ ｏ ａ ｙｉ ａ ｔ ｔ ｓ ｕ ｄ ｒ ｖｓｂ ｅ ｌ ｔ ｉ ｄ ａ ｏ ｆ ｗａ ｅｅ ｇ ｈ ｌ ｙ ａ ｇ ａ ｃ ｖｉ ｇ ｒ ｉ
TiO2纳米粒子的制备及光催化性能研究
关 键 词 ： ｉ ２ 米 粒 子 ； 胶 网格 法 ； 催 化 氧 化 ； 酚类 废 水 ； 解 Ｔ０ 纳 凝 光 苯 降 中 图分 类 号 ： Ｆ ２ Ｔ １３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ３５ ６ （０ ０ １ —８ ７０ １ ０—０ ０ ２ １ ）２１７—３
ｓｕ ｉｄ ｔ ｄｅ ．Ｔｈ ｅｕｔ ｄｃｔ ａ （２ ａ ｉｈｅｆ ｉ ｃ ｈ ｅ ｒｄ ｔ ｎｏ ｈ ｎ ｌｎａ ｕ ｏ ｓｓ ｌｔ ｎａ ｄ ｅｒｓ ｌ ｉ ｉ ｅｔ ｔ ） ｈ ｓｈｇ ｆｉ ｅ ｙｉ ｔ ｅｄ ｇａ ａｉ ｆ ｅ ｏ ｑ ｅ ｕ ｏｕｉ ｎ ｓｎ ａ ｈ Ｔｉ ｃｎ ｎ ｏ ｐ ｉ ｏ
第３ ３卷 第 ｌ ２期
２１ ０ ０年 １ ２月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＨＥＦ ＥＩＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＩ ） ＧＹ （
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（ ． ｈ ｏ ｆＣｈ ｍ ｉａ ｎ ｏｌｇｃｌＥｎ ｉｅ ｒｎ １ Ｓｃ ｏ ｌｏ ｅ ｃ ｌ ｄ Ｂｉ ｏ ｉａ ｇｎ ｅｉｇ，Ｙａ ｈ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆＴｅ ｈ ｌｇ 。Ｙａ ｃ ｎ ２ ０ ａ ｎｃ ｅ ｇ Ｉ ｓｉｕ ｅｏ ｃ ｎｏｏ ｙ ｎ ｈｅ ｇ ２ ４ ５ １，Ｃｈｎ ｉａ；２ Ｙａ ｃ ｅ ｇ Ｈ ｕ ． ｎｈ ｎ ａＯｕ
ｐ ｏ ｏ ａ ａｙ ｉ ａ ｔ ｉ ｆ ０２ｎ ｎ ｃ ｙ ｔ ｌ ｎ ｂ ｉｕ ｌ ｉｈ ｒｔ ａ ａ ｆｃ ｍｍｏ ０２ ｈ ｔ ｃ ｔｌ ｔ ｃｉ ｔ ｏ ｃ ｖ ｙ Ｔｉ ａ ｏ ｒ ｓａｌ ｅｉ ｏ ｖｏ ｓｙ ｈｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ｔｏ ｏ ｉ ｓ ｈ ｎ Ｔｉ ．
双元素共掺杂纳米TiO2的制备及光催化活性
第31卷第3—4期2008年6月辽宁科技大学学报J ournal of U ni ver s i t y of Sci ence a nd T e chnol ogy L i ao ni ngV01．31N o．3—4Jun．，2008双元素共掺杂纳米Ti02的制备及光催化活性何开棘，张圣军，丁慧，王开明(辽宁科技大学纳米材料研究中心，辽宁鞍山114051)摘要：采用特殊液相沉淀法制备了双元素镧和铁掺杂纳米二氧化钛粉体，通过T G-D T A对其前驱体进行分析，用X R D和TE M对其进行表征。
用它做催化剂在日光作用下对亚甲基蓝进行了光催化实验，结果表明双元素镧和铁掺杂纳米二氧化钛比纯纳米T i02粉体光催化效果好。
其中掺铁1％、镧0．5％的纳米T i Q在焙烧温度650l l；焙烧时间30r ai n时效果最佳。
关键词：液相沉淀；纳米二氧化钛；光催化；掺杂中图分类号：0614：0643．36文献标识码：A文章编号：1674．1048(2008)(03—04)一0235—05近年来半导体光催化技术逐渐成为人们研究的热点，在众多的半导体光催化剂中，Ti02以其稳定的化学和光学性质、无毒害、制备简单和价格低廉等优点备受研究人员的关注。
当入射到T i02表面的光的能量大于等于其禁带宽度(2．8—3．2ev)时，价带上的电子跃迁到导带上，产生光生电子一空穴对，最终可以氧化分解有机物，还原重金属离子，对环保起到一定的积极作用。
由于禁带宽度是2．8—3．2e v，只能被波长小于400nm的紫外光或近紫外光激发，这部分在太阳光谱中不足5％，而在太阳光谱中占45％的可见光却不能被充分利用。
另外，由于被激发的光生电子一空穴对(e一／h+)容易复合而导致光量子效率低。
为了克服上述两个问题，尽可能多地利用可见光，且抑制光生电子一空穴对的复合，研究人员使用多种手段对其进行改性研究[1叫]，目的是使其禁带变窄，吸收带红移，使其吸光范围向可见光去拓宽[5]，同时抑制光生电子一空穴对的复合来提高它的光催化活性。
几种类型纳米TiO2的制备及光催化活性研究
ＴＯ 作 为 一种 新 型 功 能 材 料 有很 多 优 点 ， 如稳 定性 、 保 ｉ： 例 环 性及 高的光催化活性等 。 ｎ０ 有 ３种 晶型 ： ２ 金红石型 、 板钛矿型 和锐 钛 矿 型 ， 常来 说 锐 钛 矿 型 ＴＯ 通 ｉ 光 催 化 活 性 比板 钛 矿 及 金 红 石 性 ＴＯ 光 催 化 活 性 强 。但 是 由于 锐 钛 矿 型 ＴＯ 的 禁 带 宽 ｉ ｉ： 度 为 ３ ２ｅ 很 难 充 分 利 用 太 阳 光 ， 而 在 很 大 程 度 上 限 制 了 ． Ｖ 从 ＴＯ 在 可 见 光 区域 的 应 用 －ｊ ｉ， ｒ。
衍射角 。
１３ ２ Ｕ ．． Ｖ—ｖ 漫 反 射 分 析 ｉ ｓ 材 料 的光 响 应 通 过 紫 外 一可 见 漫 反 射 分 析 ， 析 仪 器 以 氧 分
化镁为参照标准扣除背景 。
１３ ３ 光 催 化 活 性 表 征 ．．
由表 ｌ和图 １可看 出 Ｉ 掺杂 ＴＯ 、ｅ掺杂 ＴＯ 、 和 Ｆ 共掺 ｉ Ｆ ｉ Ｉ ｅ 杂 ＴＯ ｉ：明显 比纯 ＴＯ ｉ 的峰值小且 宽泛且 样 品掺杂后 晶粒 尺寸 都 减 小 了 。这 表 明 无 论 非 金 属 、 属 单 掺 杂 或 共 掺 杂 都 会 抑 制 金
ｉ ｒ ｖ ｈ ｈ ｔｃ ｔ ｌｓｓ ａ ｔｖｔ ｆＴｉ ． ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ａａｙ ｉ ｃ ｉｉｙ ｏ Ｏ２
纳米TiO_2的制备及光催化性能研究
第22卷第3期2008年6月 白城师范学院学报Journal of Ba i cheng Nor m al College Vo l .22,No .3June,2008 纳米Ti O 2的制备及光催化性能研究魏晓毳(白城医学高等专科学校,吉林白城137000) 摘要:本文采用水热法制备了高分散的纳米Ti O 2粒子,方法新颖、快速、简单。
利用XRD 对其进行表征。
以Ti O 2作为光催化剂,在紫外光的照射下,系统考察了不同催化剂、催化剂用量、溶液初始pH 值等因素对水中水杨酸降解率的影响。
关键词:纳米Ti O 2;水热法;光催化中图分类号:O643.32文献标识码:A文章编号:167323118(2008)0320022203收稿日期56作者简介魏晓毳(6———),女,白城医学高等专科学校副教授,研究方向无机化学。
1 纳米Ti O 2的制备与表征1.1 纳米Ti O 2的制备。
将6m l 钛酸丁酯(98%)在剧烈搅拌的条件下溶于30m l 异丙醇中,向此溶液中逐滴滴入1m l 水,接着将8m l 盐酸滴入到混合液中。
然后将此均相的溶胶溶液转入到水热釜中,将釜放入烘箱中以每分钟2℃的速度升温到200℃,保持此温度一个小时,然后将釜冷却到室温,最后用热水洗涤数次,直至滤液为中性,经离心分离、干燥得到白色粉末即所制得的纳米Ti O 2粉末。
1.2 表征。
采用R igaku D /m ax -II B X -射线粉末衍射仪对所合成的产物Ti O 2的结构进行表征,见图1。
图1 水热法合成纳米Ti O 2的XRD 图2 光催化性能研究2.1 H 2O 2对水杨酸的光催化氧化。
将H 2O 2与50m l 水杨酸溶液混合于50m l 石英烧杯中,烧杯顶端用一带有空洞的塑料膜封住,以便在实验过程中吸取反应液。
反应温度控制在25±2°C,于电磁搅拌器上:2008-0-2:194:22搅拌,放置在距紫外灯10厘米的位置,马上打开紫外灯进行反应。
二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究
摘要二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究摘要随着人们生活水平的不断提高，越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。
同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。
因此，环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。
半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。
在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。
二氧化钛因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料。
光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素，直接影响其光催化活性的强弱。
由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态，导致纳米粉体的团聚现象严重，无法获得较大的活性表面积。
因此，本文采用表面活性剂作为分散剂，并优化制备工艺进行改性，以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分必要的。
主要研究内容如下：（1）综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势，本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进行实验分析。
以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，按照n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4的反应物配比，制备纳米级二氧化钛材料。
（2）通过单因素实验与正交实验相结合的方式，以样品对甲基橙的光催化降解率为分析依据，探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活性的影响。
正交实验的结果表明，最佳工艺参数是：当溶剂热温度为150℃，溶剂热时间为24h，煅烧温度为450℃，煅烧时间为4h时，样品的光催化降解率最高，为82.88%。
同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明，样品为结晶度良好的单一锐钛矿相，无任何杂质，但分散性一般。
（3）在最佳工艺参数的基础上，通过控制表面活性剂的种类和含量的不同，探究不同类型表面活性剂的最佳投料比，从而确定用于二氧化钛纳米粉体改性的最佳分散剂，并通过XRD、SEM、TEM和EDS等技术对样品进行表征。
《负载型TiO2纳米催化材料的制备与催化性能的研究》范文
《负载型TiO2纳米催化材料的制备与催化性能的研究》篇一一、引言随着科技的发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在许多领域得到了广泛的应用。
其中，负载型TiO2纳米催化材料因其高催化活性、良好的稳定性和可重复利用性等优点，在光催化、电催化、有机合成等领域有着广泛的应用前景。
本文将探讨负载型TiO2纳米催化材料的制备方法以及其催化性能的研究。
二、负载型TiO2纳米催化材料的制备制备负载型TiO2纳米催化材料，关键在于选择合适的载体和制备方法。
常见的载体包括氧化铝、二氧化硅、碳纳米管等，而制备方法则主要包括溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
在本研究中，我们采用溶胶-凝胶法结合浸渍法来制备负载型TiO2纳米催化材料。
首先，将载体如氧化铝粉末进行预处理，然后将其浸入TiO2的前驱体溶液中，经过一定的温度和时间处理后，形成均匀的TiO2薄膜负载在载体上。
通过这种方法，可以有效地控制TiO2的负载量以及其分散性。
三、催化性能的研究负载型TiO2纳米催化材料的催化性能主要表现在光催化、电催化等方面。
在本研究中，我们主要探讨其在光催化降解有机污染物方面的应用。
1. 实验方法在光催化实验中，我们选用常见的有机污染物如甲基橙作为目标降解物。
将负载型TiO2纳米催化材料置于甲基橙溶液中，通过紫外光照射来激发TiO2的光催化活性。
通过测定溶液中甲基橙的浓度变化，可以评估催化剂的催化性能。
2. 实验结果与讨论实验结果表明，负载型TiO2纳米催化材料对甲基橙的降解具有较高的催化活性。
在相同的实验条件下，与未负载的TiO2相比，负载型TiO2的催化性能得到了显著提高。
这主要归因于其较高的比表面积和良好的分散性，使得催化剂与反应物之间的接触面积增大，从而提高了反应速率。
此外，负载型TiO2的稳定性也较好，可以重复使用多次而不会失去其催化活性。
四、结论本文通过溶胶-凝胶法结合浸渍法制备了负载型TiO2纳米催化材料，并对其在光催化降解有机污染物方面的性能进行了研究。
TiO2纳米管阵列的制备及催化活性研究
外光照射 下光催化降解含苯胺 水体 ， 并考察 了影响苯胺 水体 光催 化降解 的各种 因素。结果表 明， 当苯胺 浓度为 ０ ． ３ ３
ＬＩ Ｘｉ ａ ｏ ｄ ｏ ｎ ｇ ，Ｚ Ｈ Ｕ Ｙｕ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ，ＬＩ Ｘｉ ｎ ｙ ｕ，Ｐ ＡＮ Ｓ ｕ ｊ ｕ ａ ｎ，Ｗ ＡＮＧ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｌｉ ｆ ｅ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ，Ｔｉ ａ ｎ ｓ ｈ ｕ ｉ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｔｉ ａ ｎ ｓ ｈ ｕ ｉ ７ ４ １ ０ ０ １ ）
的 降解 率 。
关键词
Ｔ ｉ Ｏ ｚ 纳米管 阵列 光催化 降解 苯胺 降解率 文献标识码 ： Ａ
中 图分 类号 ： Ｘ ７ ０ １ ． １
Ｐｒ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ Ｐｈ ０ ｔ ０ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｉ Ｏ２ Ｎａ ｎｏ ｔ ｕ ｂ ｅ Ａｒ ｒ ａ ｙ
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纳米TiO2的制备及光催化活性的研究
摘要：以TiCl4为钛源，用正交实验设计方法，探究了水解法制备TiO2最佳反应条件，即烧结温度为600 ℃，盐酸用量为1.7 mL，pH值为8。
同时研究了催化剂用量和时间对TiO2光催化降解甲基橙的降解率的影响，实验结果表明，当催化剂用量为4 g/L，光催化时间为60 min时，降解率可达到90％以上。
关键词：二氧化钛；甲基橙；光催化
1 引言
近年来，随着世界人口的不断增加、工业化水平的日益提高，环境污染成为社会普遍关注的问题，如何有效控制污染是关乎国民经济可持续发展的全球性难题。
而光催化技术在全球能源危机和环境污染方面起着不容忽视的作用。
TiO2具有化学性质稳定、催化活性高、催化简单有机物彻底、不引起二次污染等优点，在污水处理、空气净化等领域被广泛研究。
它利用半导体氧化物材料在光照时表面能受激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味，无二次污染，不仅经济，而且自身无毒、无害及无腐蚀性，还可反复使用，并可望用太阳光为反应光源等特点而被广泛地应用到光催化降解有机污染物，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。
2 实验部分
1.1主要试剂与仪器
四氯化钛、甲基橙、硫酸铵、浓盐酸均为分析纯。
722型分光光度计；TM-0914p型马弗炉；KQ5200DE型数控超声波清洗器。
1.2纳米TiO2光催化剂的制备
向锥形瓶中加入15 mL的TiCl4溶液，在冰水浴下搅拌，再加人一定量聚乙二醇和浓盐酸的混合物，加入硫酸铵使其充分溶解，在超声清洗仪中保温1 h后，调节pH值，陈化12 h。
洗涤，离心(重复3遍)，沉淀，在8O ℃下真空干燥5 h。
将块状物研磨为粉体，在马弗炉中一定温度下焙烧2 h。
装入密封的试剂瓶中，置于干燥器中备用。
1.3甲基橙溶液光催化降解方法
配制质量浓度为4×10-6的甲基橙溶液作为光降解液。
取100 mL置于250 mL 的烧杯中，加入一定量的TiO2光催剂，配成悬浮液，用磁力搅拌器在自然光的照射下进行光降解。
每隔15 min取上清液，在波长为465 nm下用分光光度计测定其吸光度。
在一定浓度范围内，甲基橙溶液的吸光度与浓度成正比，可以用吸光度代替浓度计算降解率。
甲基橙溶液的降解率=(A0-A)/A0×100％
2 实验结果与问题讨论
2.1 制备纳米TiO2的反应机理
未加HC1时，TiC14水解过程可表示为：
TiC14+2H2O=TiO2+4H++4C1- (1)
此反应可用来制备直径为2 nm的TiO2胶体。
但TiC14浓度增大后，TiO2容易凝聚。
降低反应体系的温度，有利于抑制水解反应，故采取冰水浴措施，减慢水解速度。
四氯化钛的水解分三步进行。
TiC14+H2O=TiOH3++H++4C1- (2)
TiOH3+ =TiO2++H+ (3)
TiO2++H2O=TiO2+2H+ (4)
反应(2)产生的H+抑制了反应(3)和(4)的进行，得到的是清亮的含有TiOH3+的溶液，加入硫酸铵后，SO42+与TiO2+形成TiOSO4沉淀，TiO2+的减少促进了反应(3)的进行，升温后，TiOSO4的溶解度增大，溶液由浑浊重新变澄清。
温度均匀升高到80 ℃并对其进行超声90 min，此时反应(4)开始进行，但由于反应(2)、(3)产生的H+可抑制反应(4)，向溶液中缓慢添加氨水，既可中和反应产生的氢离子，使反应向有利于形成TiO2晶核的方向移动，又使溶液的pH值缓慢升高。
此时，TiO2的生成速度适中，有利于晶核的生成和发育，又可避免pH迅速改变造成的快速沉淀而导致沉淀成分不均匀的现象。
2.2正交试验结果
以烧结温度(A)、HC1用量(B)和pH(C)为考察因素，各因素取3个水平，采
用正交实验，得到降解率最佳的TiO2光催化剂。
表1 影响甲基橙降解率的三因素正交表
由表1可知，A、B、C三个因素中，烧结温度对甲基橙的降解影响最大，制备TiO2的最佳工艺条件，即烧结温度为600 ℃，盐酸用量为1.7 mL，pH值为8。
2.3 催化剂用量对降解率的影响
催化剂用量对降解率的影响见下图1。
由图1可知，催化剂用量2 g/L以下时，随催化剂用量的增加降解率迅速增加；但当催化剂用量>2 g/L时，降解率增加缓慢；当催化剂用量>3 g/L时，随着催化剂用量的增加，降解率增加不明显。
这是由于光催化反应在催化剂表面进行，当甲基橙溶液浓度一定时，反应的活性位点随催化剂用量的增加而增加，由光照产生的活性基团同时增多，因此光反应速率增大；当催化剂提供了足够多的反应活性位点，即反应达到饱和时，如继续增加催化剂的用量，由于催化剂的屏
蔽和散射作用，而导致光照效率增加不明显。
在本实验的反应体系中，甲基橙溶液浓度为4 mg/L，催化剂用量为2-4 g/L为最佳。
2.4光催化时间对降解率的影响
光催化时间对降解率的影响见下图2。
由图2可知，随着时间的增长，TiO2对甲基橙的降解率迅速增加，当时间达到60 min时，降解率可达90％以上，再增加时间，降解率几乎不变。
3 结论
(1)以TiC14为原料制备光催化剂纳米TiO2 ,水解反应分三步进行，反应过程中需要加入硫酸铵是沉淀溶解，后加入氨水，中和反应中生成的H+，使反应向有利于形成TiO2 晶核的方向移动，此反应TiO2的生成速度适中，有利于晶核的生成和发育，可生成纳米级的TiO2晶体。
(2)反应通过正交试验，以烧结温度(A)、HCl用量(B)和pH(C)为考察因素，得出制备纳米TiO2 的最佳条件为：烧结温度为600 ℃，盐酸用量为1.7 mL，pH 值为8。
(3)采用最佳条件下制备的纳米TiO2 为光催化剂降解甲基橙，当催化剂用量为4 g/L,光催化时间为60 min时，降解率可达到90%以上。
参考文献
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