多壁碳纳米管负载纳米二氧化钛的制备及其分散性研究

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纳米二氧化钛材料的制备与性能研究

文章编号:16732095X (2008)0320080205纳米二氧化钛材料的制备与性能研究宋礼慧(天津大学化工学院,天津300072)摘　要:分别用溶胶-凝胶法与水热合成法制备了纳米二氧化钛.水热合成法与溶胶-凝胶法合成的纳米二氧化钛相比,比表面积很大,形貌比较规则;并且水热法合成的纳米二氧化钛已经出现纳米棒状结构,用自然界唯一的碱性多糖壳聚糖为模板剂合成的比表面积可以达432.36m 2/g .关键词:溶胶-凝胶法;水热合成法;纳米二氧化钛;大比表面积中图分类号:O614.41 文献标识码:APrepara ti on and character i za ti on of nano 2tit an i aS ONG L i 2hui(School of Che m ical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China )Abstract:I n this article we synthesized nano 2titania by the s ol 2gel method and hydr other mal method,res pectively .I n contact with the s ol 2gel method,the nano 2titania p repared by the hydr other mal method had larger s pecific surface area than that p re 2pared by the s ol 2gel method .The nano 2titania p repared by the hydr other mal method had nano 2r od,t oo .W hen the nano 2titainia used chit osan as the te mp late by the hydr other mal method,it had the largest s pecific surface area up t o 432.36m 2/g .Key words:s ol 2gel method;hydr other mal method;nano 2titania;large s pecific surface area 自从纳米二氧化钛问世以来,就以其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能使其在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、文物保护、环保等方面有着广阔的应用前景[1].目前,国内外合成纳米Ti O 2的方法很多[2],根据所要求制备粒子的性状、结构、尺寸、晶型、用途等而采用不同的制备方法.纳米二氧化钛的制备方法,主要有溶胶-凝胶法、水热合成法、微乳法、液相沉积法、化学气相沉积法等.溶胶-凝胶法[3]是以有机或无机盐为原料,在有机介质中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶,凝胶经加热(或冷冻)干燥、锻烧而得产品.该法制备的粉体均匀分布、分散性好、纯度高、锻烧温度低、副反应少、而且溶剂在处理过程中容易除去,但是成本较高,且从形成溶胶,颗粒连结成凝胶网络,凝胶干燥,到煅烧的每一阶段均可导致颗粒长大及团聚体的形成,因此对每一阶段都需严格控制[4].水热合成法[5]是指在密闭系统中,以水为溶剂,在一定温度下,在水的自生压强下,原始混合物进行反应.水热合成法制备的纳米级二氧化钛具有分散性好、粒度小、粒度分布均匀等优点,只是对设备要求较高.本实验对溶胶-凝胶法与水热合成法制备的纳米二氧化钛进行了对比.1　试验部分1.1　主要试剂钛酸丁酯(T BOT,AR.),无水乙醇(AR.),2-丁醇(AR.),十六烷基三甲基溴化胺(CT AB ,AR.),收稿日期:2007208205.作者:宋礼慧(1982—　),女,硕士研究生.第24卷　第3期2008年6月天　津　理　工　大　学　学　报J O URNAL O F T I ANJ I N UN I VERS I T Y O F TECHNOLO GY Vol .24No .3Jun .2008冰醋酸(AR.),三乙醇胺(TEAH3,AR.),浓盐酸(AR.),氢氧化钠(AR.),壳聚糖(经过提纯的)1.2　实验方法1.2.1　溶胶-凝胶法0.72g氢氧化钠溶于含有0.06mol钛酸丁酯衍生物(即TiTEAOR)和0.02mol CT AB的TEAH3 (0.164mol)中,将180m l的水缓慢加入溶液中在剧烈搅拌的情况下,缓慢加入溶液中,静置一夜.将得到的物质用离心分离机(转速为4000r/m in)进行分离,然后用水和无水乙醇分别洗两遍.然后放入100℃的烘箱中干燥10h,直至烘干.将干燥后的样品放入马弗炉中焙烧,从室温(30℃)以1℃/m in的速度加热至500℃,并在500℃下恒温1h.1.2.2　水热合成法方案1:室温下,在剧烈搅拌的情况下,将T BOT 加入含有水、溶剂和质量分数为65%硝酸的混合物中.在室温下搅拌1h后,得到的二氧化钛溶胶与含有CT AB的溶剂混合.各物质的摩尔比为:T BOT∶2-C4H9OH∶HNO3∶CT AB∶H2O=1∶20∶3.6×10-3∶0.1∶2.将得到的混合物,放入密闭的反应釜中,并在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.方案2:钛酸丁酯加入乙醇化的盐酸溶液中,得到钛的前驱体溶液,搅拌1h后,加入乙醇的CT AB 溶液,强烈搅拌后,得到的溶液放在密闭的罐中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.其中物质的配比为:T BOT∶CT AB∶HCl∶H2O∶Et O H=1∶0.16∶3.06×10-2∶17∶20.方案3:配置10mg/m l的壳聚糖/4%(质量分数)醋酸溶液18m l,强烈搅拌的条件下,缓慢加入18 m l的乙醇,在30℃的恒温水浴中搅拌15m in后,加入20.43m l T BOT和20m l无水乙醇的混合液中,继续搅拌20m in,放入反应釜中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.方案4:配置7mg/m l的壳聚糖/4%醋酸的溶液16.5m l,称取0.3991g CT AB,加入到1.5m l水和18m l无水乙醇的混合液中,超声溶解后,在剧烈搅拌条件下,缓慢加入20.43m l的T BOT和5m l无水乙醇的混合液中,在30℃的恒温水浴中继续搅拌20m in,放入反应釜中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.通过上述方法得到的物质,用离心分离机分离后,用去离子水洗涤.然后,将得到的物质在120℃的烘箱中放置6h烘干.烘干的物质,从20℃以1℃/m in的速率加热至500℃,并在500℃下恒温4h.然后自然冷却至室温.1.3　表征仪器和表征方法将所得Ti O2样品研磨成微米级大小的颗粒,采用日本理学D/MAX-2500型X射线衍射仪对其物相进行测定.管流和管压分别为100mA和40k V, CuKα靶.使用AS AP-2010型N2吸附脱附仪测定所得Ti O2样品的N2吸附脱附等温曲线,比表面积用BET方程计算,孔径分布采用Horvath2Ka waz oe方程计算.测试前先将已称好质量的Ti O2样品在200℃下通N2吹扫约6h.采用WCT-1型差热天平(北京光学仪器厂生产)在空气氛围中对Ti O2干凝胶粉末进行热重分析,升温速度为10℃/m in.采用Phili p s T20ST TE M分析仪测试了样品的微结构.工作电压200kV.2　结果与讨论2.1　热重-差热表征结果图1的热重-差热曲线可以看出,425℃左右,样品的差热曲线上有一个峰,可能是二氧化钛有无定型向锐钛矿型转变的所引起的,因为,此时物质的重量没有明显的变化.因此,为了形成锐钛矿的纳米二氧化钛,选择样品的热处理温度分别为500℃.要想使物质的显微结构满足所要达到的性能,应该使其加热速率不能太快,所以选择焙烧速率为1℃/m in.图1　以CTAB为模板溶胶2凝胶法制备的二氧化钛的TG2D TA图F i g.1　TG2D TA curve of tit an i a s am ple usi n g CTABa s te m pl a te by sol2gel m ethod2.2　XR D结果比较图2可以看出,溶胶-凝胶法和水热法制备的・18・2008年6月宋礼慧:纳米二氧化钛材料的制备与性能研究　二氧化钛,都得到了锐钛矿型的晶体结构.尤其是水热合成中直接烘干得到的二氧化钛样品也出现了锐钛矿型结构.但是,水热法制备的未经焙烧的二氧化钛都比焙烧后的半峰宽值大.根据Scheller 公式L =kλ/(βcos θ)估算Ti O 2超微粒的平均粒径L (L 为晶粒尺寸;λ为X 射线波长;β为衍射峰的半高宽;θ为衍射峰的布拉格角度;K 取值0.89).可知,半峰宽β值越大,颗粒的粒径越小.并且根据后面的TE M 表征结果,也可以看出焙烧的二氧化钛比未经焙烧的颗粒尺寸大.图2　不同方法制备的二氧化钛的XRD 图:(a)溶胶凝胶法;(b)2-丁醇为溶剂的水热法(未经焙烧);(c)2-丁醇为溶剂的水热法(500℃焙烧4h);(d)乙醇为溶剂的水热法(80℃反应温度,未经焙烧);(e)乙醇为溶剂的水热法(80℃反应温度,500℃焙烧4h);(f)乙醇为溶剂的水热法(60℃反应温度,未经焙烧);(g)乙醇为溶剂的水热法(60℃反应温度,500℃焙烧4h)Fi g .2　XR D patterns of tit an i a prepared by di fferent methods(a)sol 2gel m ethod;(b)22but anol a s solven t by hydrother ma l m ethod (unca lc i n ed);(c)22but anol a s the solven t (ca lc i n ed a t 500℃for 4h);(d)ethanol a s the solven t (reacti on a t 80℃,unca lc i n ed);(e)ethanol a s the the solven t (reacti on a t 80℃,ca lc i n ed a t 500℃for 4h);(f)ethanol a s the solven t(reacti on a t 60℃,unca lc i n ed);(g)ethanol a s the thesolven t(reacti on a t 60℃,ca lc i n ed a t 500℃for 4h)图3、图4分别为以壳聚糖为模板剂和壳聚糖与CT AB 为混合模板剂制备的焙烧前后的二氧化钛,可以看出它们都有明显的锐钛矿晶型结构.壳聚糖和CT AB 为混合模板剂制备的未经焙烧的二氧化钛样品中,在20°前有一个明显的峰,可能是由于其中含有杂质的原因.未经焙烧的二氧化钛的半高宽要比焙烧后的大,说明未经焙烧的颗粒尺寸比焙烧后的细小.根据Scheller 公式,制备的二氧化钛的颗粒尺寸估算结果列于表1中.2.3　比表面积、孔及晶粒尺寸的结果比较表1中,可以看出,水热法合成的样品的比表面积要明显比溶胶-凝胶法制备的大.最大的比表面积达到432.36m 2/g .但是,同样可以看出,以不同溶剂制备的水热法得到的二氧化钛的比表面积,相差也较大.以2-丁醇为溶剂制备的比表面积为149.7m 2/g,而以乙醇为溶剂的比表面积大于200m 2/g .・28・天　津　理　工　大　学　学　报第24卷　第3期表1　溶胶-凝胶法与水热合成法制备的二氧化钛的参数比较Tab .1　Co m par ison of the tit an i a prepared by the sol -gel m ethod and the hydrother ma l m ethod合成条件比表面积/(m 2・g -1)平均孔体积/(cc ・g -1)平均孔径/n m 晶粒尺寸/n m Sol -Gel 53.810.2619.8731.0H a,1149.705.060.196.4Ha,2119.509.360.289.280℃-H b,1218.300.1934.916.680℃-H b,260.780.1389.2918.860℃-H b,1242.400.2134.687.860℃-H b,231.320.079100.8023.9CS -H 1254.54——————10.3CS -H2432.360.363.3331.0CS -CT AB -H 1243.13——————2.8CS -CT AB -H2393.650.373.7211.7 注:a 为2-丁醇为溶剂的二氧化钛;b 为乙醇为溶剂的二氧化钛;1为未经焙烧的二氧化钛;2为500℃焙烧4h 的二氧化钛;H 为水热合成法.这说明,短链烷基的溶剂,由于其空间位阻较小,利于模板剂与钛的前驱体之间的组装,对制备大比表面积的二氧化钛更有利.并且不同模板剂制备的二氧化钛的比表面积相差也较大,以大分子量壳聚糖为模板剂制备的二氧化钛比表面积最大,这是由于消除模板剂后,其形成的孔比较大,因此比表面积也很大,达到432.36m 2/g .2.4　TE M 结果比较从图5中可以看出,水热合成的颗粒尺寸都比较细小.这与根据前面XRD 图粗略计算的结果一致.焙烧后的颗粒尺寸比焙烧前的大,这个主要是由于所制纳米粒子的尺寸较小,灼烧过程中发生颗粒内的致密化(初始晶粒之间的部分隙孔坍塌或消失)和颗粒间的合并;另外,由于所制纳米粒子洗涤充分,表面活性剂在晶粒表面无吸附,不能有效地防止颗粒在灼烧过程中的团聚[6].这也是焙烧后二氧化钛的比表面积明显减少的一个原因.图5中的(g )、(h )图显示的纳米棒状结构是在酸性条件下得到的,而大部分文献报道是在碱性条件下合成的[729].图5　水热法制备的二氧化钛的TE M 图:(a)2-丁醇为溶剂,未经焙烧;(b)2-丁醇为溶剂,500℃焙烧4h;(c)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧;(d)乙醇为溶剂,80℃反应12h,500℃焙烧4h ;(e)乙醇为溶剂,60℃反应12h,未经焙烧;(f)乙醇为溶剂,60℃反应12h,500℃焙烧4h;(g)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧的棒状二氧化钛(高倍);(h)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧的棒状二氧化钛(低倍)F i g .5　TE M i m ag i n es of tit an i a :(a)22buthanol a s the solvent ,the tit an i a uncalc i n ed ;(b)22buthanol a s the solvent ,the tit an i a calc i n ed at 500℃for 4h ;(c)ethanol as the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,uncalc i n ed ;(d)ethanol a s the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,calci n ed at 500℃for 4h ;(e)ethanol as the solvent ,reacti on a t 60℃for 12h,unca lc i n ed ;(f)ethanol as the solvent ,reacti on a t 60℃for 12h,ca lc i n ed at 500℃for 4h ;(g)ethanol a s the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,the nanorod unca lc i n ed (hi gh magn i f i ca ti on);(h)ethanol as the soluti on,reacti on a t 80℃for 12h,the nanorod uncalci n ed (low magn i f i ca ti on)・38・2008年6月宋礼慧:纳米二氧化钛材料的制备与性能研究3　结　论十六烷基三甲基溴化胺(CT AB)为模板剂, T BOT为前驱体,用溶胶-凝胶法合成了具有锐钛矿结构的,比表面积在50m2/g左右的纳米二氧化钛粉体.分别以2-丁醇、乙醇为溶剂,用水热合成法,制备了大比表面积的二氧化钛.乙醇为溶剂,60℃和80℃下反应12h,焙烧前的二氧化钛的比表面积大于200m2/g.80℃下反应12h,制备的二氧化钛中出现了棒状的结构.以壳聚糖和CT AB为混合模板剂制备的二氧化钛比表面积为393.65m2/g,而以壳聚糖为模板剂制备二氧化钛比表面积达到432.36m2/ g.参　考　文　献:[1]单凤君,高　杰.溶胶-凝胶法制备纳米Ti O2粉体分散性的研究[J].化学与生物工程,2004(4):25226. [2]　Chen Xiaobo,Sa muel S.Synthesis of titaniu m di oxide(Ti O2)nanomaterials[J].Nanosci Nanotechnol,2006(6):9062925.[3]　李　静,张培新,周晓明,等.纳米二氧化钛制备技术进展及表征[J].材料导报,2004,18(2):70272.[4]　魏绍东.溶胶-凝胶法制备纳米Ti O2技术的研究进展[J].材料导报,2004,18(2):50253.[5]　胡　娟,邓建刚,何水样,等.纳米级二氧化钛制备方法的比较研究[J].材料科学与工程,2001,19(4):71274.[6]　王祖鹓,张凤宝,夏宝林.Ti O2超细粒子的微乳法制备、表征及性能研究[J].精细化工,2004,21(4):2532257.[7]　Kolen’ko Y V,Kovnir K A,Gavril ov A I,et al.Hydr o2ther mal synthesis and characterizati on of nanor ods of vari2ous titanates and titaniu m di oxide[J].J Phys Che m B,2006,110:403024034.[8]　Yu J iaguo,Yu Huogen,Cheng Bei,et al.Preparati on andphot ocatalytic activity of mes opor ous anatase Ti O2nanofi2bers by a hydr other mal method[J].Journal of Phot ochem2istry and Phot obi ol ogy A:Che m istry,2006,182(2):1212127.[9]　Tsai Chien2cheng,N ian Jun2nan,Teng H sisheng.M es o2por ous nanotube aggregates obtained fr om hydr other mallytreating Ti O2with NaO[J].App lied Surface Science,2006,253:189821902.(上接第66页)基材复合后,水化过程温度测试表明:储能颗粒的加入,能明显的降低水化温度峰值和延缓温度峰值的出现时间,对减轻石膏水化过程中产生的温度对制品的不良影响具有良好的效果;储能密度和储热特性测试结果表明,储能颗粒的加入能明显提高石膏板的储能密度,延长储能材料的储热时间,对空调制冷建筑物有积极作用.该相变储能复合材料制备工艺过程简便,生产成本低,适宜于工业化大规模生产,对推动相变储能材料在建筑领域的应用具有积极意义.参　考　文　献:[1]Cart w right D Kelly B ryant,Yv onne G,Colvin David P.U se of m icr oPC M s in agricultural app licati ons[J].Ameri2can S ociety of Mechanical Engineers,1999,44:2412249.[2]　HawladerM N A,Uddin M S,Zhu H J.Preparati on andevaluati on of a novel s olar st orage material:m icr oencap su2lated paraffin[J].I nternati onal Journal of Solar Energy,2000,20(4):2272238.[3]　方贵银,李　辉.具有蓄能功能的建筑墙体材料研究[J].能源研究与利用,2004(1):45247.[4]　Chahr oudi D.Devel opment of ther mocrete heat st oragematerials[C]//Pr oceedings of the I nternati onal Solar En2ergy Congress.Ne w Delhi I ndia:Ne w Delhi Press,1978.[5]　叶　宏,程丹鹏,葛新石,等.定形相变储能式地板辐射采暖系统数值模拟的实验验证及参数分析[J].太阳能学报,2004,25(2):1892194.[6]　张东周,剑　敏,吴科如,等.相变储能混凝土制备方法及其储能行为研究[J].建筑材料学报,2003,12:3742380. [7]　陈　燕,岳文海,董若兰.石膏建筑材料[M].北京:中国建材工业出版社;2003.・48・天　津　理　工　大　学　学　报第24卷　第3期。

纳米二氧化钛的制备综述

纳米二氧化钛的制备综述
纳米二氧化钛（TiO2）是一种具有广泛应用潜力的材料，用于催化、光电子学、传感器、环境污染治理等领域。

制备纳米二氧化钛的方法有很多种，包括溶胶-凝胶法、水热合成法、溶剂热法、气相沉积法等。

下面是纳米二氧化钛制备的一些综述：
1. 溶胶-凝胶法：这是一种常见的制备纳米二氧化钛的方法。

通过将钛源和溶剂混合形成溶胶，然后通过凝胶化反应得到凝胶，最后通过热处理过程形成纳米二氧化钛。

该方法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。

2. 水热合成法：这是一种利用高温高压水环境合成纳米二氧化钛的方法。

通过在水溶液中加入适量的钛源和控制反应条件，可以得到形貌和粒径可调的纳米二氧化钛。

水热合成法制备的纳米二氧化钛具有较高的比表面积和晶体质量。

3. 溶剂热法：这是一种利用有机溶剂作为反应介质合成纳米二氧化钛的方法。

通过在有机溶剂中加热处理钛源溶液，可以形成纳米二氧化钛。

溶剂热法制备的纳米二氧化钛可以调控晶体形貌和粒径。

4. 气相沉积法：这是一种利用气相反应合成纳米二氧化钛的方法。

通过在适当的气氛条件下，钛源蒸汽和氧气反应生成纳米二氧化钛。

气相沉积法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。

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：组别：指导老师：小组成员：实验目的：1.培养小组自主设计及完成实验的能力和合作能力。

2. 了解纳米二氧化钛的粒性和物性。

3.掌握溶胶－凝胶法合成 TiO 2 的方法。

4.研究二氧化钛光催化降解甲基橙和亚甲基蓝水溶液的过程和性质。

5.通过实验，进一步加深对基础理论的理解和掌握，做到有目的合成，提高实验思维与实验技能。

一、溶胶凝胶法制备二氧化钛1、实验原理：纳米粉体是指颗粒粒径介于 1～100 nm 之间的粒子。

由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。

纳米 TiO 2 具有许多独特的性质。

比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，光吸收性能好，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 TiO 2 具有广阔的应用前景。

利用纳米 TiO 2 作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO 2 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 TiO 2 感光材料。

如何开发、应用纳米 TiO 2，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-C 4 9 4 、水、无水乙醇H ) )2 H 54 9 4 和水，分相介质为 C 25 ，(C OH)以及冰醋酸。

反应物为 Ti(O-C H )H OH冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。

二氧化钛涂覆多壁碳纳米管的制备及可见光催化活性

ＣｏｔｄＭｕｔｗａｌｄＣａｂｎｏｕｂｓａｅｌｉｌｒｏｎＮａｔｅｅ
ＣＯＮＧＹｅＱＩｎＮＹｕＬａ－ｅＩＸｕｎＫ ‘ ＤＯＮＧｉｕＺｈ－ｎＪＹＵＡＮＧｕｎＭｉｇａ— ｎＣＵＩｅｇＷｅＺｈｎ－
ｗｅｅｐｅｐｅｙｔｅｃｔｏｌｂｅｏｉａｉｎｏｉｎｕｃｒｉｅｃａｅｒｒａｒｄｂｈｏｎｒｌｌｘｄｔｆｔａｉｍａｂｄｏｔｄＭＷＣＮＴｔｉｅｙｔｅｍｏｌｎａｏｔｓｏｂａｎｄｂｈｔｅｓｌｍｅｈｄｕｉｇＭＷＣＮＴｓａｒａｔｎｔｍｐｌｔｎａｔｔｏｓｎｓａｅｃｉｅｏａｅａｄｍｅａｌｉｎｕｐｗｄｒａｉｉｔｔｉｍｏｅｓａｔａｎｕｍｏｕｃ．ｅｔａｔｓｒｅＴｈｅｅｔｆｔｅｍｏｔｎｓｌｒａｔｅｆｃｓｏｈｌａｔｅｃｉｔｍｐｒｔｒ，ｔｅｍｏｌｒｒｔｆＭＷＣＮＴｏｔａｉｍｏｅ，ａｄｔｅｅｏｎｅａｕｅｈａａｉｏｏｓｔｉｎｕｐｗｄｒｎｈｔｏｉａｉｅｘｄｔｏｎｔｍｐｒｔｒｈｔｃｕｅａｄｍｏｐｏｌｇｆｔｅｐｏｕｔｅａｕｅｏｎｔｅｓｒｔｒｎｕｒｈｏｙｏｈｒｄｃｓｗｅｒｎｅｔａｅＴｈａｐｅｅｉｖｓｉｔｄ．ｅｓｍｌｓｇ
ＡｂｔａｔＴｔｎｕｉｘｅｃａｅｌａｌａｂｎｎｎｔｂｓ（ｓｒｃ：ｉｉｍｄｏｉｏｔｄｍｕｔｌｄｃｒｏａｏｕｅＭＷＣＮｓｃｍｐｓｅｐｏ０ａａｙｔａｄｉｅｗＴ）ｏｏｉｈｌｃｔｌｓｓｔ

碳纳米管分散工艺研究

碳纳米管分散工艺研究用砂磨机对多壁碳纳米管分散。

探索了研磨时间、分散剂用量对多壁碳纳米管分散效果的影响。

实验表明，砂磨机对碳纳米管形成了显著的剪切效果，极大地减小了长径比。

研磨时间越长，碳管长度越小，4h时碳管长度减少到1μm。

水性分散剂明显降低了体系的粘度，改善了碳管的分散效果。

碳管与分散剂的比例为5：4时达到最佳的分散效果。

标签：碳纳米管；BYK；砂磨機0 引言碳纳米管表面缺陷少，缺乏活性基团，在水及各种溶剂中的溶解度都很低。

另外，碳纳米管之间存在较强的范德华力，加之它巨大的比表面积和长径比，使其极易形成团聚或缠绕。

要发挥碳纳米管优异性能使其广泛应用，如何均匀稳定地分散碳纳米管是亟需解决的关键性问题[1]。

由于碳纳米管具有优异的结构和性能，近年来，对其改善复合材料性能的研究已经成为纳米材料领域的前沿和热点，碳纳米管在基体中的分散性对其发挥功能性有重要影响[2]。

砂磨机工艺具有剪切力大、效率高等特点，是纳米粉体的有效分散工艺。

1 实验1.1 材料碳纳米管，纯度>97%，杂质<3%，直径40-60nm，长度< 5微米，深圳市金科特种材料股份有限公司。

分散剂BYK-190，德国ALTANA集团毕克化学公司。

1.2 球磨采用规格型号为Mini-Easy的砂磨机，北京瑞驰拓维科技有限公司。

采用ZrO2磨球，日本Nikkato公司，直径2 mm，密度6 g/cm3。

研磨腔体容量大小为400mL，其中超过一半体积的锆珠；用不同质量BYK与10g碳纳米管加水在砂磨机中以2000 rpm的转速球磨，在不同时间段进行取样。

1.3 测试方法采用日立Hitchis-3400 扫描电镜观察碳纳米管形貌；用毛刷蘸取碳纳米管分散取样，在不导电吸水纸上涂刷一次，待烘干后反复重复五次测定既定长度的点阻值，再计算单位长度的平均电阻值。

2 结果及分析2.1 球磨时间对分散效果的影响球磨时间对碳纳米管的影响如以上电镜图所示，在砂磨机中研磨30分钟碳纳米管依然可以看出其呈现长条状，碳纳米管长度都在5微米以上。

复壁碳纳米管和多壁碳纳米管的优缺点

特殊应用
催化剂载体、生物医学、电池等领域
与MWCNTs类似，但在电池、传感器等领域也有广泛应用
备注
因其多层结构，可能具有更复杂的物理和化学性质
多层结构使得其性能在某些方面可能优于单壁碳纳米管
复壁碳纳米管和多壁碳纳米管的优缺点
特性/类别
复壁碳纳米管（MWCNTs）
多壁碳纳米管（常规）
结构
多层石墨层垂直于碳管轴心方向堆积
与MWCNTs类似，但层数更多，层间距可能略有不同
优点
1. 的电导率和热导率
2. 电导率和热导率与MWCNTs相近
3. 较高的热稳定性
3. 类似的高热稳定性
4. 制备工艺相对简单
4. 制备工艺成熟，成本相对较低（相对于单壁碳纳米管）
缺点
1. 成本较高（相对于常规碳材料）
1. 与MWCNTs类似，成本较高
2. 分散性较差，易团聚
2. 分散性也较差，可能需要特殊处理以提高分散性
3. 制备过程中可能产生杂质
3. 制备过程中也可能产生杂质

碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法[发明专利]

专利名称：碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法专利类型：发明专利
发明人：邓景衡,余侃萍,肖祈春,杨国超
申请号：CN201410815190.2
申请日：20141224
公开号：CN104549203A
公开日：
20150429
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：将原料碳纳米管加入强氧化剂中，再加入酸液调节pH值至酸性环境，在25℃～65℃条件下进行超声氧化处理，制备得到碳纳米管悬浊液；将碳纳米管悬浊液用碱液调节pH值为8～12，再加入含钛化合物，搅拌后转移到反应釜中，加热到120℃～200℃后保温进行一步水热合成反应，反应完毕后，取出在空气中自然冷却至室温，洗涤，真空干燥，即得碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛。

本发明的制备工艺简单，不产生废酸，纳米颗粒均匀，能实现工业化，产品质量稳定。

申请人：长沙矿冶研究院有限责任公司
地址：410000 湖南省长沙市岳麓区麓山南路966号
国籍：CN
代理机构：长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：杨斌
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活性炭负载纳米TiO2光催化材料制备及应用

活性炭负载纳米TiO2光催化材料制备及应用活性炭负载纳米TiO2光催化材料王立洋（山东科技大学材料科学与工程学院山东青岛 266500）摘要：活性炭材料负载纳米TiO2是目前最具发展前景的光催化材料之一，具有优越的吸附特性和光催化降解性能。

本文介绍粉体烧结法、浸渍提拉法、化学气相沉积法等制备方法。

活性炭负载纳米TiO2光催化剂在废水处理、空气净化、物质降解、杀菌消毒等方面有广阔的应用前景。

关键词：活性炭负载纳米TiO2光催化应用进展纳米TiO2具有催化活性高、氧化能力强、稳定性好、连续光照保持活性以及价廉无毒等优势［1］，在实际应用中因工艺流程简单、操作条件容易控制等优点被公认是最具开发前途和应用潜力的环保型光催化材料，在有机废水的降解、重金属离子的还原、空气净化、杀菌、防雾等众多方面具有广阔的应用前景。

当纳米TiO2用作光催化反应时，其存在方式主要有悬浮式和固定式，而悬浮体系粉末型TiO2光催化剂在目标污染物浓度较低时降解速度较慢［2］，且使用后回收困难，易失活、易凝聚难以分离，这些限制了它的应用和发展，因此以某种具有吸附性的物质为载体制备固定式的纳米TiO2光催化剂提高其催化效果已受到广泛关注。

近年来人们对以活性炭材料为载体负载纳米TiO2制备光催化材料进行了大量研究，主要负载方法有粉体烧结法、浸渍提拉法、溶胶－凝胶法、化学气相沉积法等。

由于活性炭材料吸附性能和纳米TiO2光催化性能结合发挥的协同作用，使负载型纳米TiO2在国内外广泛应用。

1.光催化反应机理纳米二氧化钛具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞与量子隧穿效应等，目前还没有确切的二氧化钛光催化理论，但其良好的光化学性质都是基于上述特殊效应。

其中，量子尺寸效应是指纳米材料尺寸小到某种程度时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级现象。

碳纳米管负载的fe2o3催化剂制备

碳纳米管负载的fe2o3催化剂制备
碳纳米管负载的Fe2O3催化剂制备是一种新型的催化剂，它具有高活性、高稳定性和低成本的优势，可以广泛应用于各种有机化学反应中。

在这里，我们将详细说明碳纳米管负载的Fe2O3催化剂制备工艺。

1. 制备Fe2O3/CNTs复合材料：将碳纳米管（CNTs）与水溶性FeCl3溶液混合，使用搅拌机搅拌，然后加入NaOH溶液，pH值调整至11-12，再加入水溶性NH4Cl溶液，将溶液搅拌至无沸腾，终止反应，冷却滤液，将沉淀物分离出来并用离心机离心，最后用乙醚洗涤，即可得到Fe2O3/CNTs复合材料。

2. 水热制备Fe2O3/CNTs催化剂：将上述制备的
Fe2O3/CNTs复合材料放入盐酸溶液中，加热到130℃，蒸发至干燥，再加入适量的水，继续加热，滤液放入溴化锂溶液中搅拌，然后放入稀盐酸溶液中，加入适量的过氧化氢，搅拌，加热到80℃，保温10min，搅拌，加入Na2CO3溶液，搅拌，滤液放入洗涤液中洗涤，得到碳纳米管负载的Fe2O3催化剂。

3. 热处理：将上述所得的碳纳米管负载的Fe2O3催化剂放入真空炉中，加热到300-400℃，保温2h，即可得到碳纳米管负载的Fe2O3催化剂。

以上就是碳纳米管负载的Fe2O3催化剂制备的整个工艺过程，可以看出，该催化剂具有较高的活性和稳定性，适用于各种有机反应，具有较好的应用前景。

二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的合成、表征及光催化性能研究的开题报告

二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的合成、表征及光催化性能研究的开题报告一、选题背景环境污染已经成为全球性的难题之一，其中光催化技术作为一种绿色、环保、可持续的处理污染物的方法备受研究者的关注。

二氧化钛作为一种常用的光催化材料，其光催化性能已经得到了广泛的研究和应用。

但是，二氧化钛本身的光催化性能存在一定的局限性，例如催化剂的光利用率不高、稳定性不足等。

因此，将二氧化钛与其他材料复合以提高其光催化性能已成为当前的研究热点。

多壁碳纳米管是一种具有优异性能的碳材料，具有优良的导电性、导热性以及较大的比表面积等特性，因此被广泛应用于催化剂、电池、传感器等领域。

近年来，多壁碳纳米管与二氧化钛复合材料的研究也逐渐受到人们的关注。

与单一的二氧化钛相比，二氧化钛多壁碳纳米管复合材料具有更高的光催化性能，这是由于多壁碳纳米管的导电性和导热性能够提高催化材料的光吸收和电子传递效率。

二、研究目的本研究旨在合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料，并探究其在光催化领域的应用。

具体研究目的包括：1. 合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料并对其进行形貌结构表征；2. 对二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的晶体结构、导电性、光吸收性、稳定性等进行物理性质表征；3. 研究二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的光催化性能，包括对不同种类有机污染物的降解效果、有机污染物在不同光照条件下的降解效应等；4. 探究二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的光催化机理，阐明其光催化性能提高的原因。

三、研究方法1. 合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料：采用水热法合成二氧化钛纳米颗粒，将其与多壁碳纳米管混合，采用超声波处理后制备二氧化钛多壁碳纳米管复合材料。

2. 形貌结构表征：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对样品的形貌和结构进行观察。

3. 物理性质表征：采用X射线粉末衍射（XRD）、热重分析（TGA）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）等手段对样品的晶体结构、导电性、光吸收性、稳定性等性质进行表征。

碳纳米管负载二氧化钛的制备及其对甲基橙的光催化降解

碳纳米管负载二氧化钛的制备及其对甲基橙的光催化降解王文一;王恩霞;霍腾波;朱刘勇;山伯晋;连伟涛;李银山【摘要】采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯为前驱体，羧基化多壁碳纳米管（oCNTs）为载体，乙醇为溶剂，冰醋酸为抑制剂，成功制备了TiO2纳米粒子负载碳纳米管的复合光催化剂（TiO2/oCNTs）.通过XRD、TEM、UV等测试手段对复合材料进行了表征.结果表明：经450℃煅烧3 h后制备的TiO2/oCNTs复合体系中，纳米TiO2呈现锐钛矿且均匀包覆在碳纳米管表面. oCNTs的存在能够有效改变复合材料的表面性质，以实现TiO2对紫外光的敏感性.当TiO2和oCNTs 的质量比为1∶0.03、TiO2/3%oCNTs催化剂使用量为0.8 g/L时，对20 mg/L 甲基橙溶液紫外灯照射1 h，甲基橙溶液的降解率达到99%，而同等条件下纯TiO2对甲基橙的降解率不到50%，说明oCNTs能够有效提高TiO2对甲基橙的光催化活性. TiO2/3%oCNTs光催化剂对甲基橙进行5次循环降解，降解率保持在95%左右.%By using sol-gel method with tetrabutyl titanate as precursor, carboxylic multi walled carbon nanotubes (oCNTs) as carrier, ethanol as solvent, acetic acid as inhibitor, the composite photocatalyst of TiO2 nanoparticles sup-ported on carbon nanotubes(TiO2/oCNTs) was synthesized successfully. The prepared TiO2/oCNTs nanocomposite materials were characterized through X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and UV-vis spectra (UV-vis) etc. The results showed that in the TiO2/oCNTs composite prepared by calcination at 450℃for 3 hours, Nano TiO2 was anatase and even coated on the surface of oCNTs. The existence of oCNTs can effectively change the surface properties of the composite in order to realize the sensitivity of TiO2 to UVlight. When the TiO2 and oCNTs were dispersed in the solution with the mass ratios of 1∶0.03, and the amount of the TiO2/oCNTs catalyst was 0.8 g/L, the methyl orange solution was 20 mg/L,which was lighted under UV radiation for 1 h, the degradation rate of the methyl orange in the photocatalys t′s experimental was about 99%. At the same conditions , the degradation rate of pure TiO2 for methyl orange was below 50%. This indicated that the oCNTs can improve the photocatalytic activity of TiO2 towards methyl orange. Methyl orange was cyclic degra-dated with five times by the TiO2/3%oCNTs photocatalyst when the mass ratios of TiO2 and oCNTs is 1∶0.03, its degradation rate remained at 95%,catalyst recovery reached 95%.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】6页(P50-54,72)【关键词】多壁碳纳米管;纳米二氧化钛;甲基橙;溶胶-凝胶法;光催化;降解【作者】王文一;王恩霞;霍腾波;朱刘勇;山伯晋;连伟涛;李银山【作者单位】天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387; 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TQ426;O643.36近几年，环境污染已经成为一个严重的全球性问题，有害有机物的光催化降解对环境保护非常重要，因此受到了学者们的广泛关注[1-5].纳米TiO2由于具有光催化活性高、热稳定性好、氧化能力强、无毒、廉价及无二次污染等独特的优点[6-13]，成为备受人们青睐的一种绿色环保型光催化剂.TiO2为N型半导体材料，带隙宽为3.2 eV[12].当TiO2受到波长小于380 nm的紫外光照射时，价带的电子获得光子能量跃迁到导带，激发电离出电子的同时产生正电性的空穴，形成电子/空穴对，与吸附溶解在其表面的O2和H2O反应形成很高活性的·O2-和·OH自由基[5-10].·OH自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化集中最强的，能氧化大部分的有机污染物和无机污染物，而且对反应物几乎无选择，在光催化氧化中起着决定性的作用[14-15].为了增强TiO2在可见光照射下的催化活性，可以掺杂一些金属或非金属物质，已经成功合成的如TiO2-SiO2-Ag[2]、Mn/TiO2[7]和MWCNT-TiO2[6]，常见的合成方法之一为溶胶凝胶法[10].碳纳米管（CNT）是1991年Lijim发现的一种新型碳结构.理想碳纳米管是由六边形碳原子组成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管腔结构[7].因为碳纳米管具有极大的比表面积、极高的化学稳定性、独特的电子结构、纳米级中空管腔和优良的吸附性能，被认为是一种理想的催化剂载体.很多学者进行深入研究发现，在光催化过程中，多壁碳纳米管（MWCNTs）能够作为TiO2的一种良好的光敏剂，这是由于光诱导电子能够很容易地从MWCNTs转移到TiO2的导带，导带的空洞可以中和羟基离子，而且在催化过程中，碳管还可以和金属离子起协同作用[6].由于文献[6]中所述MWCNT-TiO2是将MWCNT直接加入到溶有无水乙醇的钛酸丁酯溶液中，在溶液中碳管分散性并不是很好，钛酸丁酯与MWCNT的结合也并不好.相比之下，本文直接用超声细胞粉碎器对羧基化多壁碳纳米管（oCNTs）进行粉碎处理，使得羧基化多壁碳纳米管有更多端口出现，使其更容易与钛酸丁酯结合，更易于TiO2负载到oCNTs上.同时，本文采用溶胶凝胶法制备了不同组分的TiO2/oCNTs复合光催化剂，并在紫外光照射下对甲基橙进行催化降解，分析其催化降解机理，考察此复合光催化剂的催化活性.1.1 实验药品和仪器药品：钛酸丁酯，冰醋酸，无水乙醇，AR级，天津市科密欧化学试剂有限公司产品；羧基化多壁碳纳米管，质量分数＞95%，长度0.5～2 μm，成都市有机化学所产品；盐酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司产品；甲基橙，天津市天新精细化工开发有限公司产品；氮气，天津市静海县环宇制氧有限公司产品.仪器：ME204E型精密电子分析天平，梅特勒-托利多有限公司产品；DH-101型恒温电热鼓风干燥箱，SK-G06123K型真空/气氛管式电炉，天津市中环实验电炉有限公司产品；DZF-6050型真空干燥烘箱，巩义市予华仪器有限公司产品；KQ2200型双频数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；H2050R型离心机，长沙市湘仪离心机仪器有限公司产品；H7650型透射电子显微镜，DMax-2500型X射线衍射仪，日本日立公司产品；光化学反应器，氙灯光源，北京中教金源科技有限公司产品；UV-Vis DRS TU-1810型双光束紫外可见分光光度仪，北京普析通用仪器有限责任公司产品.1.2 TiO2/oCNTs复合材料的制备首先对羧基化碳管（oCNTs）进行超声震荡粉碎处理1 h；取100 mL无水乙醇置于500 mL烧杯中，加入1 mL冰醋酸，在剧烈搅拌下缓慢将0.1 mol钛酸丁酯滴入，搅拌1 h得透明黄色溶液A.再将处理后的oCNTs加入到A中搅拌3 h.配制无水乙醇、蒸馏水和浓硝酸的混合液为B，然后在磁力搅拌下将B溶液缓慢地滴到A溶液中，滴定之后再继续搅拌2 h，然后将溶液在室温下放置24 h形成凝胶，置于烘箱中于80℃干燥并研磨备用，最后在450℃下将研磨后的样品煅烧3 h.煅烧后即得TiO2/oCNTs复合材料.其中，分散在溶胶凝胶中的TiO2和oCNTs分别以1∶0，1∶0.01，1∶0.03，1∶0.05，1∶0.07的质量比来制备不同组分的TiO2/oCNTs复合材料.1.3 结构和性能表征（1）结构表征：采用透射电子显微镜来观察所制备的TiO2/oCNTs复合材料样品的外观形貌，取样品0.001 0 g粉末溶于20 mL无水乙醇中进行超声处理；采用X射线衍射仪来定性分析所制备的TiO2/oCNTs复合材料样品的晶相，CuKa射线，管电压150 kV，管电流3 mA，扫描速率8°/min，扫描范围10°～80°；利用紫外漫反射光谱分析TiO2/oCNTs复合材料样品的红移情况和吸光性，取样品0.1%溶于20 mL无水乙醇中进行超声处理，样品在空气中的能带波长为200～900 nm.根据公式（1）计算能带：式中：Eg为能带间隙（eV）；λ为波长（nm）.（2）光催化降解甲基橙：将光催化剂加入到250 mL含有20 mg/L甲基橙的溶液中，调节pH为3.64，暗中超声0.5 h，然后在黑暗中搅拌0.5 h，为了建立光催化剂的吸附平衡（甲基橙在溶液中的浓度和TiO2/oCNTs复合物表面上的浓度都不再发生改变时的状态），用最大照射波长大约470 nm左右300 W的氙灯照射，每隔10 min取样，离心分离，取上部清液，用UVVis分光光度计检测甲基橙的吸光度（检测波长465 nm），根据光照前后溶液吸光度的变化，计算甲基橙的降解率，并以此评价复合材料的光催化活性.测试TiO2/oCNTs复合光催化剂（TiO2∶oCNTs=1∶0.03）对甲基橙进行5次循环降解的效果和催化剂回收的情况，即对每次催化后的光催化剂进行回收，重复以上实验过程多次.降解率计算公式为：式中：C为甲基橙的降解率；C0为光照前甲基橙溶液的浓度；Ct为光照时间t时甲基橙溶液的浓度.2.1 X射线衍射（XRD）分析图1所示为TiO2、oCNTs和TiO2/oCNTs复合材料经450℃煅烧后的X射线衍射图.由图1可以看出，2θ在25.28°（101）、37.80°（004）、48.05°（200）和53.89°（105）处，TiO2/1%oCNTs、TiO2/3%oCNTs、TiO2/5%oCNTs和TiO2/7%oCNTs皆形成TiO2锐钛矿，没有金红石和板钛矿的晶相结构，且它们的晶相衍射峰突出.在复合材料的光谱范围内，没有多壁碳纳米管的特征衍射峰，可能是由于二氧化钛锐钛矿型主峰位置处（2θ=25.28°）和羧基化碳纳米管的特征衍射峰（2θ=26.23°）是重叠的，这与两者质量分数之间的差别大有关.观察图1可以发现，当oCNTs相对于TiO2的质量分数增加时，会出现衍射峰宽化，这说明TiO2和oCNTs之间的界面是紧密连接的[12].2.2 透射电子显微镜（TEM）分析图2所示为TiO2、oCNTs和TiO2/oCNTs复合材料的外部形态和微观结构的TEM图.由图2（a）可看出，TiO2粒子是紧密排列的六面体型的晶体结构，平均粒子直径为10 nm左右.图2（b）为未经粉碎处理的碳纳米管，可以看出碳纳米管是团聚纠缠到一起的.粉碎后的羧基化碳管比较短，如图2（c）所示，其表面杂质几乎都是分离的，而且会有较多的端口出现，增加了碳管的比表面积.图2（d）—图2（g）为不同组分TiO2/oCNTs的表面形貌图，可以看出，二氧化钛和羧基化碳纳米管之间是紧密接触的，且羧基化碳纳米管的表面被TiO2纳米粒子均匀覆盖，这也是TiO2/oCNTs复合材料的XRD图中，oCNTs的衍射峰不存在的原因，进一步说明TiO2和oCNTs之间的界面可以抑制光生电子-空穴对的再结合，从而可以提高复合材料的光催化活性.当碳纳米管的质量分数增加时，碳纳米管表面沉积的二氧化钛纳米粒子随之增加，这可能是由于二氧化钛的溶胶浓度增加了.图2中，部分二氧化钛纳米粒子会随机团聚在碳纳米管的表面，说明碳纳米管起到生长和沉淀中心的作用.2.3 UV-vis漫反射的分析图3所示为TiO2、oCNTs和TiO2/oCNTs复合材料的UV-Vis光谱图.由图3可以看出，纯的TiO2在200～400 nm的紫外光区域有较强的吸收性能，在400～800 nm的可见光区域对光的吸收强度显著减弱.掺杂适量的碳纳米管后，TiO2/oCNTs复合材料在350 nm处的吸光度明显高于纯TiO2，并且在400～800 nm的可见光区域也有比较稳定的吸收.TiO2/oCNTs光催化剂在可见光区域的波长大约是462 nm，而纯TiO2的波长是385 nm，说明TiO2/oCNTs复合材料产生了红移.由此可知，TiO2和oCNTs之间是紧密接触的，oCNTs可以改变TiO2的电子结构，电荷从TiO2的价带运输到了导带，在能带间隙产生能量，进而发生红移的现象.与纯TiO2相比，TiO2/oCNTs复合材料光催化剂对可见光的吸收提高，催化活性有所增加.由此说明，oCNTs的加入可以有效地改善TiO2复合光催化剂在紫外光下的吸收能力.从紫外反射能谱图中计算TiO2、oCNTs及TiO2/ oCNTs的能带，如表1所示.由表1可以看出，TiO2的能带间隙是3.22 eV，而掺杂了oCNTs后，TiO2/oCNTs 复合材料的吸收边缘发生了红移，TiO2/oCNTs的能带间隙逐渐减少.复合材料的能带间隙减少是由于碳管的存在，oCNTs可以作为一个转移电子的通道，抑制电子-空穴对的再结合，因而掺杂了oCNTs的TiO2在紫外光下其催化活性有所提高.2.4 不同催化剂对甲基橙的降解效果图4所示为将0.2g光催化剂溶于250 mL、20 mg/L的甲基橙溶液中考察oCNTs、TiO2和TiO2/oCNTs在紫外光下对甲基橙的降解.由图4可以看出，oCNTs在紫外光下对甲基橙没有降解效果，TiO2在紫外光下对甲基橙的降解效果也不理想，紫外光照射60 min后甲基橙降解率不到50%.而在相同时间内，TiO2/1%oCNTs、TiO2/3%oCNTs、TiO2/ 5%oCNTs和TiO2/7%oCNTs对甲基橙的降解率分别达到90%、99%、96%、94%，几乎全部降解，相对于纯TiO2，复合光催化剂对甲基橙的降解率平均提升了40%左右，说明碳管的添加可以有效地提高TiQ2的光催化活性.作为TiO2催化剂的载体，oCNTs利用其独特的管腔结构，提高了TiO2表面氧与有机物的浓度，发挥了oCNTs作为优良导体的优势，促进了光生电子和光生空穴的分离，并使光生电子向催化剂表面转移，有效抑制了电子-空穴对的泯灭作用，提高了光催化效率.光催化活性升高的顺序是：oCNTs＜TiO2＜TiO2/ 1%oCNTs＜TiO2/7%oCNTs＜TiO2/5%oCNTs＜TiO2/3%oCNTs.当TiO2∶oCNTs=1∶0.03时，即TiO2/3%oCNTs复合光催化剂对甲基橙的降解效果最佳.不同组分复合光催化剂之间光催化活性有所差异是因为如果添加过量oCNTs会造成oCNTs之间缠结团聚，对于TiO2的负载造成影响，从而会有一部分电子-空穴对复合，降低TiO2的催化活性.2.5 用量对甲基橙降解效果的影响图5所示为不同浓度TiO2/3%oCNTs催化剂对甲基橙的降解效果.由图5可以看出，当光催化剂质量浓度从0.4 g/L增加到0.8 g/L时，甲基橙的降解率逐渐增大；当质量浓度在0.8 g/L以上时，甲基橙的降解率下降.由此说明，光催化活性可以通过增加催化剂用量进行提高，但过量的催化剂渗透到溶液里会阻止光催化的进行[12].2.6 光催化剂的回收利用催化剂的回收是判断光催化剂的实际应用效果和发展多相光催化氧化技术处理废水的关键步骤之一.本文用TiO2/3%oCNTs光催化剂对甲基橙进行了多次降解.图6所示为TiO2/3%oCNTs光催化剂对甲基橙循环降解5次的降解效果.由图6可以看出，TiO2/3%oCNTs光催化剂对甲基橙进行了5次降解后，对甲基橙的降解率依然保持在95%左右.本文成功制备了TiO2/oCNTs光催化剂，并对其进行XRD、TEM和UV-Vis的表征.结果表明：（1）oCNTs能够有效地抑制TiO2电子-空穴对的再结合，有效改善TiO2光催化剂在可见光下的催化活性.（2）用0.2 gTiO2/3%oCNTs光催化剂降解20 mg/L的甲基橙溶液，在光照1 h 后，甲基橙的降解率可以达到99%左右.（3）光催化剂循环降解5次后，对甲基橙的降解率依然在95%左右.【相关文献】[1]SCHNEIDER J，MATSUOKA M，TAKEUCHI M，et al.Understanding TiO2photocatalysis：Mechanisms and materials[J]. Chem Rev，2014，114：9919-9986.[2]LIU C，YANG D，JIAO Y，et al.Biomimetic synthesis of TiO2-SiO2-Ag nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity[J].ACS Appl Mater Interfaces，2013，38（5）：24-3832.[3]CHEN Y F，HUANG W X，HE D L，et al.Construction of heterostructured g-C3N4/Ag/TiO2mcrospheres with enhanced photocatalysis performance under visible-light irradiation[J]. ACS Appl Mater Interfaces，2014，14（6）：405-14414.[4]UIIAH K，YE S，JO S B，et al.Optical and photocatalytic properties of novel heterogeneous PtSe2-graphene/TiO2nanocomposites synthesized via ultrasonic assisted techniques[J]. Ultrason Sonochem，2014，21：1849–1857.[5]孙晓锋，李驰，夏修阳，等.半纤维素/TiO2复合凝胶的光催化降解性能[J].化工学报，2016，67（5）：2070-2077. 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XU Y M，ZHAO M，LI J，et al.Visible near-infrared amino phthalocyanine-titaniumdioxidephotocatalyst：Preparationandperformance[J].CIESC Journal，2016，67（5）：1915-1921（in Chinese）.[9]SARKAR D，GHOSH C K，MUKHERJEE S，et al.Three dimensional Ag2O/TiO2type-II（p-n）nanoheterojunctions for superior photocatalytic activity[J].ACS Appl Mater Interfaces，2013（5）：331-337.[10]LEONG K H，MONASH P，IBRAHIM S，et al.Solar photocatalytic activity of anatase TiO2nanocrystals synthesized by non-hydrolitic sol-gel method[J].Sol Energ，2014，101：321-332.[11]AN H，PAN L N，CUI H，et al.Electrocatalytic performance of Pdnanoparticles supported on TiO2-MWCNTs for methanol，ethanol，and isopropanol in alkalinemedia[J].J Electroanal Chem，2015，741：56-63.[12]AAZZAM E S.Visible light photocatalytic degradation of thiophene using Ag-TiO2/multi-walled carbon nanotubes nanocomposite[J].Ceram Int，2014，40：6705-6711.[13]LEE S T，PARK S J.TiO2photocatalyst for water treatment applications[J].J Ind Eng Chem，2013，19：1761-1769.[14]LI W，WANG F，FENG S S，et al.Sol-Gel design strategy for ultradispersedTiO2nanoparticles on graphene for high-performance lithium Ion batteries[J].Am Chem Soc，2013，135：18300-18303.[15]刘冰，付荣荣，高善民，等.Ti3+自掺杂的TiO2（A）/TiO2（R）/ In2O3纳米异质结的制备与可见光催化性能[J].无机化学学报，2016，32（2）：223-232. LIU B，FU R R，GAO S M，et al.Preparation of Ti3+self doped TiO2（A）/TiO2（R）/In2O3nanoheterojunctions with enhanced visible light driven photocatalytic properties[J].Chin J Inorg Chem，2016，32（2）：223-232（in Chinese）.。

纳米二氧化钛粉体的制备及其在水相介质中的分散性研究的开题报告

纳米二氧化钛粉体的制备及其在水相介质中的分散性研究的开题报告一、研究背景及意义纳米二氧化钛（TiO2）粉体具有广泛的应用前景，如在光催化、化学催化、染料敏化太阳能电池等领域中具有重要作用。

然而，纳米级TiO2粉体的制备和分散性仍然是研究的热点问题之一。

尤其是在水相介质中，纳米TiO2的分散性会受到溶剂的影响，难以实现稳定分散。

因此，对纳米TiO2的制备和分散性的研究具有重要的科学和应用价值。

二、研究内容和方法本研究将通过一系列方法，研究纳米二氧化钛粉体的制备及其在水相介质中的分散性。

具体包括：1.采用水热法、溶胶-凝胶法和水相沉淀法等方法制备纳米级TiO2粉末；2.通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等技术评估粉末的形貌和粒径分布；3.运用动态光散射（DLS）技术研究纳米TiO2粉体在水相介质中的分散性；4.基于DLVO理论探究纳米二氧化钛粉体在不同pH值、盐浓度等条件下的稳定分散机理；5.通过控制制备条件和溶剂选择等方法提高纳米TiO2的分散性。

三、研究进展与意义目前，纳米TiO2的制备方法和分散性研究已经得到较多进展，但是在水相介质中的研究仍然存在许多问题。

本研究将提高纳米TiO2在水相介质中的分散性，探究纳米TiO2粉体在不同条件下的分散稳定机理，有助于提高其应用效果，并为类似材料的研究提供借鉴。

四、论文结构本文将包括绪论、文献综述、研究内容与方法、结果与分析、结论等部分。

在结果与分析部分，将使用相关实验结果探讨纳米TiO2粉体在水相介质中的分散性，并基于理论解释这些结果。

在结论部分，将总结研究发现并提出下一步研究建议。

二氧化钛纳米管阵列的制备、超疏水改性及耐蚀性能研究的开题报告

二氧化钛纳米管阵列的制备、超疏水改性及耐蚀性能研究的开题报告一、研究背景和意义二氧化钛（TiO2）纳米管是近年来备受关注的一种新型纳米材料，其在光催化、能量转换、传感器等领域拥有广泛的应用前景。

与传统的TiO2颗粒相比，纳米管具有大比表面积、高光吸收率、可调节的孔径大小等特点，因此其光催化效率、电子传输速率等性能得到了提升。

在研究过程中，将TiO2纳米管阵列制备在基底上，并对其进行超疏水改性，可以大大增加其在实际应用中的稳定性和耐用性。

二、研究内容和目标本研究的主要内容是：1、制备TiO2纳米管阵列：采用水热法、电化学法等方法制备TiO2纳米管阵列，并通过SEM、XRD等表征手段对其结构和形貌进行分析。

2、超疏水改性：通过在TiO2纳米管表面修饰有机硅化合物、聚合物等材料，实现TiO2纳米管阵列的超疏水改性，并评估其超疏水性能。

3、耐蚀性能研究：利用盐雾试验、电化学测试等方法评估TiO2纳米管阵列的耐蚀性能，探究超疏水改性对其耐蚀性能的影响。

本研究的目标是：通过制备TiO2纳米管阵列、进行超疏水改性和耐蚀性能研究，提高其在实际应用中的稳定性和耐用性，为其在相关领域的应用提供技术支持。

三、研究方法和流程1、制备TiO2纳米管阵列：采用水热法、电化学法等方法制备TiO2纳米管阵列，并通过SEM、XRD等表征手段对其结构和形貌进行分析。

2、超疏水改性：通过在TiO2纳米管表面修饰有机硅化合物、聚合物等材料，实现TiO2纳米管阵列的超疏水改性，并评估其超疏水性能。

3、耐蚀性能研究：利用盐雾试验、电化学测试等方法评估TiO2纳米管阵列的耐蚀性能，探究超疏水改性对其耐蚀性能的影响。

四、研究预期结果1、成功制备出TiO2纳米管阵列，并对其结构和形貌进行表征。

2、通过超疏水改性，实现TiO2纳米管阵列的超疏水性能，并评估其超疏水性能。

3、评估TiO2纳米管阵列的耐蚀性能，并探究超疏水改性对其耐蚀性能的影响。

五、论文框架第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状和进展1.3 研究内容和目标1.4 研究方法和流程1.5 研究预期结果1.6 论文框架第二章 TiO2纳米管阵列的制备2.1 水热法制备TiO2纳米管阵列2.2 电化学法制备TiO2纳米管阵列2.3 结构和形貌表征第三章超疏水改性3.1 有机硅化合物改性法3.2 聚合物改性法3.3 超疏水性能评估第四章耐蚀性能研究4.1 盐雾试验4.2 电化学测试4.3 超疏水改性对耐蚀性能的影响第五章结论与展望5.1 主要结果总结5.2 研究不足和展望六、参考文献七、材料清单及预算八、工作计划表。