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微乳液法合成纳米Ti02及其光催化性能研究 摘要 随着经济发展和人民生活水平的不断提高，环境污染变得越来越严 重，以太阳能进行光化学转换为主要背景的半导体光催化技术为污水处理 提供了一条全新的、充满希望的途径。Ti02由于其优异的光化学性能、好 的稳定性、对水中有机污染物无选择性、矿化彻底、无二次污染、无毒和 成本低等特点，而倍受众多研究者的关注。但Ti02作为光催化剂，存在着 太阳能利用效率低和光量子效率低两大缺点。目前人们正在尝试采用各种 方法对Ti02进行改性研究，而掺杂被普遍认为是较为有效的一种手段。通 过掺杂可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度，影响电子与空穴的复 合或拓展光的吸收波段，从而提高Ti02的光催化活性。研究者们探索通过 不同的合成方法、选用不同的掺杂方式对纳米Ti02光催化剂进行掺杂改性 研究。微乳液合成法是一种刚刚兴起的制各方法，由于其实验装置简单、 操作容易、有可能人为地控制微粒的粒度，已经成为科研人员制备各种纳 米材料的重要方法。 本文首次采用微乳液法利用聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX．100)／正己 醇／环己烷／氨水组成微乳体系分别制备了过渡金属元素铜和非金属元素 UV-Vis等多种手段对掺杂前后材料的各方面性能进行了表征，包括光催化 剂的晶型、晶粒尺寸和光催化活性等方面的变化规律，通过系统的实验研 究及对各种数据的分析，获得了制备方法和光催化活性变化的规律。所制 备的光催化剂颗粒近似为球形，分散性较好，晶粒尺寸较小。 采用微乳法，以钛酸丁酯为原料，硝酸铜为掺杂前驱物，在空气中焙 烧合成出不同掺铜量的纳米Ti02。XRD分析表明，掺铜量为1．0％焙烧时 oC以下焙烧出来的样品均由锐钛矿组成，当温 间均为2h的纳米Ti02，550 oC时，锐钛矿的 度升高至1J650。C时金红石相开始出现，当温度升高至U850 衍射峰完全消失。温度才是影响晶型转变的重要因素。对比纯样和掺铜1．0 ％的Ti02样品的XRD，掺杂铜元素能迟滞了锐钛矿相向金红石相的转变。 根据谢乐公式计算，在400．800 oC范围内，纳米Ti02催化剂的晶粒粒径随 焙烧温度的升高而增大，粒径从400oC的14．28nlTl增3nN800oC的48．68 nin。这主要是由于焙烧温度的升高促进了催化剂粒径的长大。以偶氮染 料甲基橙作为降解目标污染物，分别讨论了焙烧温度、掺铜量、降解时间 各因素对纳米Ti02在紫外光下降解甲基橙的光催化剂性能的影响。通过对 min 比掺铜量为0．5％的Ti02在不同焙烧温度(400—700oC)、降解时间为120 时降解率，表明催化剂的降解率受焙烧温度的影响很大，随着焙烧温度的 升高降解率先快速增大，而后又迅速降低，焙烧温度为600oC时降解率达 到最大值。而焙烧温度、焙烧时间、降解时间和催化剂用量均相等的条件 下，随着掺杂量的增加，催化剂对甲基橙溶液的降解率先增加后降低，当 掺杂量为0．5％时的降解率达至1J99．80％。 同样的体系中以钛酸丁酯为原料，硫脲为掺杂前驱物，采用微乳法在 空气中焙烧合成出不同掺硫量的纳米Ti02。其XRD表明，500oC以下样品 均为锐钛矿型，600oC开始出现金红石相，当温度升高N800oC时，锐钛 Ⅱ 矿相的衍射峰消失，说明Ti02在此时由锐钛矿型完全转变为金红石型。根 据谢乐公式，400—800。C范围内，除500oC焙烧样品的晶粒粒径}=L400。C 焙烧样品的稍微减小外，纳米Ti02催化剂的晶粒粒径随焙烧温度的升高而 oC的15．5 增大，粒径从400 nln增力nN800。C的47．7nnl。这主要是由于焙烧 温度的升高促进了催化剂粒径的长大。对比掺硫量为1．0％的Ti02在不同 oC)、降解时间为100min时降解率大小可以看出，焙烧 焙烧温度(400—800 温度对催化剂的降解率的影响很大，随着焙烧温度的升高降解率先增大， 而后迅速下