专题一 纳米TiO2光催化材料及其应用.ppt.pptVIP

目录 TiO2晶体结构与光催化原理 纳米TiO2粒子的制备 纳米TiO2光催化材料的应用实例 纳米TiO2的光催化性能的改进 TiO2的晶体结构 TiO2的晶体结构 TiO2的晶体结构 粒径小于11nm，锐钛矿相最稳定 粒径介于11-35nm，板钛矿相最稳定 粒径大于35nm，金红石相最稳定 TiO2的晶体结构 TiO2的晶体结构 金红石TiO2晶体结构 金红石TiO2晶体结构 锐钛矿TiO2晶体结构 板钛矿TiO2晶体结构 TiO2光催化机理 空穴与表面吸附的H2O或OH-离子反应生成强氧性的羟基自由基 二、纳米TiO2粒子的制备 1. 四氯化钛水解法 工艺 1. 四氯化钛水解法 1. 四氯化钛水解法 电镜照片 2. 溶胶-凝胶法 先将醇盐溶于有机溶剂中，通过加入蒸馏水，使醇盐水解形成溶胶，溶胶凝化处理后得到凝胶，再经干燥和煅烧得到超细粉体 通过适当控制溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和反应时间，可制备出小至纳米级的超细粉体 优点易掺杂，缺点颗粒分布宽 3. 水热法 可用于制备100％纯度的板钛矿相TiO2 两类：（1）以含水的沉淀或无定型氧化钛粉体为前驱体，适当添加一定量的催化剂；(2) 直接以钛醇盐或钛的无机盐为原料添加一定的酸或碱以调节产物的形貌和晶型； 3. 水热法 pH值和温度的影响 酸种类的影响 3. 水热法 SO42-的影响 4. 气相法 物理气相沉积法 化学气相沉积法 5.微乳液法 微乳粒径范围5～100nm，可制备纳米尺度近乎单分散的氧化钛纳米粉体。由于颗粒团聚度低，可有效避免煅烧过程中晶粒的快速生长。 6. 溶剂热合成法 6. 溶剂热合成法 trioctylphosphine oxide 三、纳米TiO2光催化材料应用 光催化污水处理装置 光催化污水处理装置 空气净化器 光催化除臭冷藏车 卫生保健方面的应用 四、纳米TiO2的光催化性能的改进 光催化纳米TiO2薄膜的制备方法 液相沉积法(氟钛酸铵＋硼酸) 溶胶-凝胶法 化学气相沉积法 热分解法 磁控溅射法 其它纳米TiO2光催化材料 纳米TiO2介孔膜 纳米TiO2棒、纳米花膜 Wu JM, Qi B, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 666-673 Wu JM, Qi B, J. Am. Ceram. Soc., 2007, 90 [2] 657–660 光催化技术的发展概况 1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现了水 的光催化分解作用，揭开了光催化技术研究的序幕。 1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN-为OCN-，光催化技术在环保方面的应用研究开始启动。 近十几年来，半导体光催化技术在环保、卫生保健等方面的应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃的研究领 域之一。 TiO2光催化材料的特性 光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强） 化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无毒 在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜 原料来源丰富 纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂 环保方面的应用 卫生保健方面的应用 防结雾和自清洁涂层 光催化化学合成 纳米TiO2光催化剂的应用 有机污染物的处理 无机污染物的处理 1. 光催化能够解决Cr6+、Hg2+、Pb2+等重金属子的污染问题 2. 光催化还可分解转化其它无机污染物，如CN-、NO2-、H2S、 SO2, NOx等 环保方面的应用 污水处理 室内环境净化 主要有机物光催化降解反应 抛物面槽光反应器 复合抛物面集中光反应器 带反射装置或不带反射装置的管式光反应器 双层外壳平板式光反应器 薄板固定床光反应器 其它光反应器 94 0.05 0.15 0.25 0.64 0.86 苯（mg/m3) 92 0.07 0.13 0.21 0.43 0.90 甲醛（mg/m3) 91 0.18 0.22 0.32 0.60 1.93 氨气（mg/m3) 去除效率（%） 七天 五天 两天 一天 放入涂料板后 放入涂料板前 测试条件 气体浓度 纳米TiO2光催化绿色涂料对室内氨气等的降解 卫生保健方面的应用 灭杀细菌和病毒 可以用于生活用水的的杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、陶瓷等是医院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料 使某些致癌细胞失活 防结雾和自清洁涂层方面的应用 在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因此，在浴室镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一层氧化钛可以起到防结雾的作用 在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、