發(fā)布時間：2018-12-14 06:31

【摘要】：以水熱法為基礎(chǔ)制備二氧化鈦或鈦酸鹽等低維鈦基納米材料由于具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,近二十年來一直是納米科學(xué)的研究熱點之一。圍繞低維鈦基納米材料的形貌調(diào)控、光催化性能的提高以及在其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用,科學(xué)家們做了大量的工作。但就目前的狀況而言,對于低維鈦基納米材料的研究仍有很大的空間,通過進(jìn)一步的深入研究,我們相信低維鈦基納米材料具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文圍繞低維鈦基納米材料這一主題,從一維鈦基納米管的結(jié)構(gòu)、光催化性能的改善,以二維鈦基納米片為殼層的層級結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及調(diào)控方面進(jìn)行了深入研究。利用P25為原料,在10M的NaOH溶液中通過水熱法制備了一維鈦基納米管,通過控制在0.1 M鹽酸中Na+被H+離子交換的量,得到了不同質(zhì)子化程度的鈦基納米管。通過ICP檢測質(zhì)子化程度(H+/Na+)分別為0,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0的樣品中剩余Na+的含量分別為4.996%,2.914%,0.668%,0.192%,0.061%,0.052%。部分質(zhì)子化鈦基納米管中Na+的在穩(wěn)定管狀結(jié)構(gòu)方面起到重要作用,隨著質(zhì)子化程度的提高,經(jīng)過450℃熱處理的樣品的形貌由管狀向棒狀轉(zhuǎn)化。研究了一系列部分質(zhì)子化鈦基納米管的形貌、組分及比表面積對甲基橙在紫外光下的降解能力。利用鈦酸四丁酯作為原料,通過溶膠凝膠法并熱處理制備了稀土元素Gd摻雜的二氧化鈦納米顆粒(摻雜量Gd/Ti=0,0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0)。通過XRD表征,未摻雜的二氧化鈦納米顆粒在700℃熱處理后呈現(xiàn)金紅石相,隨著Gd摻雜量的增加,抑制二氧化鈦納米顆粒的結(jié)晶,使Gd摻雜的二氧化鈦納米顆粒的組成由金紅石逐漸向銳鈦礦轉(zhuǎn)變,同時顆粒尺寸逐漸變小。研究了Gd摻雜的二氧化鈦納米顆粒隨著組分和結(jié)晶度的變化對甲基橙的光催化降解的性能變化規(guī)律。利用溶膠凝膠法制備的Gd摻雜的二氧化鈦納米顆粒為原料,通過在10 M的NaOH溶液中150℃水熱反應(yīng)24 h并經(jīng)過后處理過程制備了Gd摻雜的二氧化鈦納米管。由ICP測得的標(biāo)稱摻雜量分別為0.1%,0.2%,0.5%,1.0%,2.0%,5.0%的Gd摻雜的二氧化鈦納米管中實際的Gd摻雜量分別為0.085%,0.131%,0.280%,0.706%,1.735%和4.715%。研究了Gd摻雜量對二氧化鈦納米管的組分、結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及光催化降解甲基橙能力的影響。同時,研究了甲基橙初始濃度對最佳催化劑的降解能力的影響。以三氯化鐵為原料利用溶劑熱法制備了Fe3O4球,球的直徑約為198 nm,由約8 nm的小顆粒組成。該Fe3O4球在帶有負(fù)電荷的聚苯乙烯磺酸-馬來酸共聚物鈉鹽分子鏈形成的空間中自組裝而成,具有良好的水溶性和分散性。利用Stober法在Fe3O4表面包覆了一層SiO2,通過TEM、XRD、FTIR等手段證明了SiO2層的存在,研究發(fā)現(xiàn)正硅酸乙酯的加入量對殼層厚度產(chǎn)生明顯影響,通過分次加入的方式可以減少產(chǎn)物的團(tuán)聚。以Fe3O4@SiO2為核心,使用鈦酸異丙酯為原料,在表面包覆了一層無定型二氧化鈦,形成Fe3O4@SiO2@AT三層結(jié)構(gòu),二氧化鈦與內(nèi)層的SiO2層通過Ti-O-Si鍵的形式緊密結(jié)合。通過對Fe3O4@SiO2@AT進(jìn)行水熱反應(yīng),制備了Fe3O4@titanate層級結(jié)構(gòu),并研究了水熱溫度和堿度對產(chǎn)物形貌的影響,得到了最佳的反應(yīng)條件。Fe3O4@titanate花狀結(jié)構(gòu)保留了良好的超順磁性,飽和磁化率達(dá)到39.6 emu/g,在吸附實驗中對亞甲基藍(lán)的吸附率超過85%,在兩次重新活化后對亞甲基藍(lán)的吸附率仍然超過80%,是作為可回收吸附劑的理想材料。同時按照相似的思路,以Fe3O4@SiO2為核心,利用十六烷基三甲基溴化銨作為模板劑,制備了表面介孔的Fe3O4@SiO2三層結(jié)構(gòu)。為了得到形貌均勻、分散良好的Fe3O4@SiO2@mSiO2結(jié)構(gòu),研究了各反應(yīng)參數(shù)如反應(yīng)時間、正硅酸乙酯用量、氨水用量等對產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響。
[Abstract]:The preparation of the low-dimensional titanium-based nano-materials such as titanium dioxide or titanate based on the hydrothermal method has been one of the hot spots of the nano-science for nearly two decades due to the special layered structure and the larger specific surface area. The scientists have done a lot of work around the appearance and control of the low-dimensional titanium-based nano-materials, the improvement of the photocatalytic performance and the potential applications in other fields. However, for the present situation, there is still a lot of space for the research of the low-dimensional titanium-based nano-materials. Through further research, we believe that the low-dimensional titanium-based nano-material has a wide application prospect. In this paper, the structure of the one-dimensional titanium-based nano-material and the improvement of the photocatalytic property of the low-dimensional titanium-based nano-material are studied in this paper. One-dimensional titanium-based nanotubes were prepared by hydrothermal method in the NaOH solution of 10M using P25 as the raw material, and the titanium-based nanotubes with different protonation were obtained by controlling the amount of Na + in 0.1 M hydrochloric acid to H + ion exchange. The contents of the remaining Na + in the samples were respectively 4.996%, 2.914%, 0.668%, 0.192%, 0.061%, and 0.052%, respectively, by ICP. The content of Na + in the partially protonic titanium-based nanotubes plays an important role in the stabilization of the tubular structure. With the increase of the degree of protonation, the morphology of the sample subjected to heat treatment at 450.d egree. C. is transformed from the tube to the rod. The morphology, composition and specific surface area of a series of partially protonic titanium-based nanotubes were studied. The rare-earth-earth Gd-doped TiO _ 2 nanoparticles were prepared by sol-gel method and heat treatment (Gd/ Ti = 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0). By XRD, the unadulterated titanium dioxide nano-particles show a rutile phase after heat treatment at 700 DEG C, the crystal of the titanium dioxide nano-particles is inhibited with the increase of the Gd doping amount, the composition of the Gd-doped titanium dioxide nano-particles is gradually changed from the rutile to the anatase, while the particle size is gradually reduced. The effect of Gd-doped TiO _ 2 nanoparticles on the photocatalytic degradation of methyl orange with the change of composition and crystallinity was studied. The Gd-doped titanium dioxide nano-particles prepared by the sol-gel method are used as raw materials, and the Gd-doped titanium dioxide nano-tubes are prepared by hydrothermal reaction at the temperature of 150 DEG C for 24 hours in a 10-M NaOH solution and after the Gd-doped titanium dioxide nano-particles are subjected to a post-treatment process. The actual Gd-doping in the titanium dioxide nanotubes doped with Gd-doped titanium dioxide was 0. 085%, 0. 131%, 0. 280%, 0. 706%, 1. 735% and 4.715%, respectively, by ICP. The effect of Gd doping on the components, structure, optical properties and photocatalytic degradation of methyl orange in titanium dioxide nanotubes was studied. The effect of the initial concentration of methyl orange on the degradation ability of the best catalyst was also studied. The Fe 3O 4 ball was prepared by the solvent-heat method with ferric chloride as the raw material. The diameter of the ball was about 198 nm, and it was composed of small particles of about 8 nm. The Fe3O4 ball is self-assembled in a space formed by a polystyrene sulfonic acid-maleic acid copolymer sodium salt molecular chain with a negative charge, and has good water solubility and dispersibility. A layer of SiO2 was coated on the surface of the Fe3O4 by the Stover method, and the presence of the SiO2 layer was demonstrated by means of TEM, XRD and FTIR. It was found that the addition of ethyl orthosilicate had a significant effect on the thickness of the shell, and the agglomeration of the product can be reduced by the way of sub-addition. using the Fe3O4@SiO2 as the core, a layer of amorphous titanium dioxide is coated on the surface to form a Fe3O4@SiO2 @ AT three-layer structure, and the SiO2 layer of the titanium dioxide and the inner layer is tightly combined by the form of a Ti-O-Si bond. The Fe3O4@titanate-level structure was prepared by hydrothermal reaction to the Fe3O4@SiO2 @ AT, and the effect of the hydrothermal temperature and the alkalinity on the morphology of the product was studied. The best reaction condition was obtained. The .Fe3O4@titanate-like structure had a good superparamagnetism and the saturation magnetic susceptibility reached 39.6emu/ g. The adsorption rate of methylene blue is more than 85% in the adsorption experiment, and the adsorption rate of methylene blue after two re-activation is still more than 80%, which is an ideal material for the recovery of the adsorbent. At the same time, according to the similar thought, using the Fe3O4@SiO2 as the core and using the hexadecyl trimethyl bromide as the template agent, the Fe3O4@SiO2 three-layer structure of the surface dielectric hole is prepared. In order to obtain the Fe3O4@SiO2 @ mSiO2 structure with uniform morphology and good dispersion, the effects of reaction parameters such as reaction time, amount of ethyl orthosilicate and the amount of ammonia water on the morphology and structure of the product were studied.
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X788;TB383.1

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