二氧化钛的光响应催化剂制备.doc

目前, 将具有光催化活性的纳米 TiO2粒子负载在聚合物纳米纤维上的研究工作引起了人们的广泛关注. 通过此方法得到的聚合物/TiO2纳米杂化纤维具有较大的比表面积和孔隙率, 在实现 TiO2光催化剂负载的同时, 光催化效率显著提高. Im 等人[13]通过溶液共混和静电纺丝的方法将纳米 TiO2负载到聚丙烯腈(PAN)纳米纤维上, 得到的纳米杂化纤维具有较高的光催化效率. Hong 等人[14]采用电纺丝和溶胶-凝胶法在聚丙烯腈纳米纤维表面负载 TiO2粒子, 并通过调节 TiO2前驱体的添加量来控制表面 TiO2的密度. Wu 等人[15]通过溶胶凝胶法与静电纺丝相结合的技术, 将二氧化钛溶胶负载到聚醋酸乙烯酯(PVAc)纳米纤维上, 并研究了纳米杂化纤维的形貌与力学性能. He 等人[16]通过水热沉积的方法, 将纳米二氧化钛粒子负载到聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维表面,得到的纳米杂化纤维具有很高的光催化效率, 且在多次循环使用以后, 仍然保持较高的活性. 1 实验 (ⅰ) 原料与试剂. PET: 仪征化纤有限公司,纤维级聚酯切片, 在苯酚/四氯乙烷混合溶剂中测定的特性黏度为0.64 dL/g, 对应黏均分子量为50 kg/mol.钛酸四正丁酯(tetra-n-butyl Titanate, Ti(OC4H9)4,TBT), 三氟乙酸(trifluoroacetic acid, TFA, CF3COOH),二氯甲烷(dichloromethane, DCM, CH2Cl2), 北京化学试剂公司, 分析纯. (ⅱ) 样品制备. 称取 0.63 g 的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)溶解于 3 mL 三氟乙酸和二氯甲烷的混合溶剂(体积比 1:1)中, 1 mL 的钛酸四正丁酯(TBT)加入到 3 mL 三氟乙酸和二氯甲烷的混合溶剂中, 水解并放出大量热, 冷却后与 PET 溶液混和, 磁力搅拌 2 h,得到均一稳定的透明溶液, 然后进行静电纺丝, 得到的电纺丝样品标记为 PET/TiO2, 其中 TiO2的质量分数为 27.6%(图 1). 改变 TBT 的用量制备不同 TiO2含量的纳米杂化纤维. 将电纺丝得到的纳米纤维浸入到去离子水中, 分别在 70 和 90℃下水热处理 8 h, 样品分别标记为 PET/ TiO2-70 和 PET/ TiO2-90. 电纺丝条件: 如果没有特别说明, 电压为 30 kV,喷丝口到收集铝箔的距离为 15 cm, 喷丝头内径为 0.37mm. 喷丝头做二维棋盘式运动, 以增加极板上丝的整体均匀性, 喷丝头运动面积为 120 mm×120 mm, 极板面积为 200 mm×200 mm, 电纺丝速率约为 20 mL/h.作为对比, 商品 TiO2光催化剂 Degussa P25 在TFA/DCM 的混合溶剂中超声分散, 与 PET 溶液混合后进行电纺丝, 样品标记为 PET/P25. (ⅲ) 性能表征. PET/TiO2纳米杂化纤维的形貌用 Leica MPS-30偏光显微镜(POM)和 JEOL J-2010型透射电子显微镜(TEM)观察, 纳米杂化纤维样品通过直接将盖玻片和带碳膜的铜网在电纺丝的过程中放置在铝箔上得到. X 射线衍射(XRD)用日本理学 Rigaku D/max 2400型 X 射线衍射仪进行连续记谱扫描, 测试条件: Cu Kα辐射, λ=0.154 nm, 管电压 40 kV, 管电流 100 mA,扫描速率 8°/min, 角度范围 1.5°~60°. 红外光谱在Perkin-Elmer System 2000 光谱仪进行 FTIR 测试, 光谱范围 4000~370 cm?1. 图 1 静电纺丝制备纳米杂化纤维示意图 8 如果将 TiO 2 粉末固定在导电的金属上，同时，将固定后的催化剂作为工作 电极，采用外加恒电流或恒电位的方法迫使光致电子向对电极方向移动，因而与 光致空穴发生分离。这种方法被称之为光电催化方法，其目的一方面是解决催化 剂的固定和回收问题，另一方面又有望解决电子-空穴对复合概率较大以及催化 剂固定后量子效率低等问题。 1.4 二氧化钛纳米管(TiO 2 Nanotubes,TNTs) 在光催化-臭氧氧化工艺中，TiO 2 催化剂的研究报道多集中于纳米粉体、薄 膜、掺杂的纳米粉体等方面，忽略了比表面积对催化剂催化性能的影响，国内外 对于 TiO 2 纳米管作为光催化-臭氧氧化工艺催化剂的研究报道尚少。与其他形态 的 TiO 2 相比，TiO 2 纳米管具有更大的比表面积，因而有可能对有机分子具有更 强的吸附，可望提高 TiO 2 的光催化性能[54]。另外，如果对 TiO 2 纳米管进行改 性，在管的表面和内部掺杂其他离