本文關(guān)鍵詞：氧化鈦纖維的制備及其負(fù)載微納米晶的研究

  更多相關(guān)文章： 氧化鈦纖維 光催化性能 單晶顆粒 有機(jī)聚鈦前驅(qū)體法 纖維改性

【摘要】：氧化鈦具有優(yōu)異的光催化性能,在污染物降解方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),同時(shí)在其它領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。目前,氧化鈦主要是以納米粉和薄膜等形式應(yīng)用。以這種形式應(yīng)用的氧化鈦存在反應(yīng)之后難回收和固定技術(shù)差等缺點(diǎn),限制了其在光催化技術(shù)上的使用和拓展。氧化鈦纖維則可以避免上述問題。氧化鈦纖維是由納米晶組成的多晶纖維,是一種在光降解、電解水和太陽能電池等方面普遍應(yīng)用的氧化物纖維。由于氧化鈦纖維在光催化反應(yīng)過程中,可以在溶液中自由鋪展,實(shí)現(xiàn)對(duì)光有效吸收的同時(shí)與溶液充分接觸,提高反應(yīng)效率,最重要的是容易從溶液中回收以利于二次利用,所以氧化鈦纖維比氧化鈦納米材料在應(yīng)用上有更多的優(yōu)勢(shì)。本課題組采用有機(jī)聚鈦前驅(qū)體法成功制備了氧化鈦纖維,相關(guān)技術(shù)已經(jīng)獲得國(guó)家發(fā)明專利,但是早期的氧化鈦纖維制備方法存在工藝復(fù)雜、原料價(jià)格昂貴、反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問題。本論文基于有機(jī)聚鈦前驅(qū)體紡絲液離心甩絲法制備氧化鈦纖維,改進(jìn)了氧化鈦纖維的制備方法,簡(jiǎn)化了制備工藝和反應(yīng)條件,并且推測(cè)了聚鈦前驅(qū)體的分子結(jié)構(gòu)式。通過負(fù)載具有活性面的氧化鈦單晶、對(duì)氧化鈦纖維進(jìn)行摻雜等手段,使氧化鈦纖維得到改性,提高了氧化鈦纖維的光催化性能。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：一、氧化鈦纖維的制備為了解決目前的氧化鈦纖維制備工藝復(fù)雜等問題,利用不同的前驅(qū)體,制備了具有優(yōu)異光催化性能的氧化鈦纖維制備了聚乙酰丙酮合鈦(PAT)和聚醋酸氧鈦(PET)兩種氧化鈦纖維的前驅(qū)體并表征其結(jié)構(gòu),推測(cè)了兩者的分子結(jié)構(gòu)式。分別利用PAT和PET,采用不同的反應(yīng)路線,制備出了六種氧化鈦前驅(qū)體纖維。相比而言,一步溶劑法合成的PAT和1:3 (MTC:MKAc)合成的PET,更易獲得質(zhì)量較高的氧化鈦纖維。利用PAT及PET分別制備了氧化鈦纖維。比較了氧化鈦纖維的結(jié)晶、形貌、晶粒排布、孔徑分布及光催化性能。不同前驅(qū)體制備的氧化鈦纖維對(duì)MO的降解順序如下:S1P25S3S4S2S5S6。降解效率最高的是一步法制備的PAT為前驅(qū)體的氧化鈦纖維。其纖維的直徑在2-5μm,晶型是銳鈦礦,晶粒排布緊密。二、對(duì)氧化鈦纖維進(jìn)行改性,以提高它的光催化性能為了提高氧化鈦纖維的光催化性能,在纖維表面負(fù)載了具有活性面的晶片和微米球,具體進(jìn)行了如下幾方面的探索：第一,利用PAT和PET為鈦源,HF為形貌控制劑,異丙醇為協(xié)同劑,在醇熱條件下制備了氧化鈦單晶顆粒。PAT為鈦源制備的氧化鈦晶粒主要是分散的單晶片,單晶片的長(zhǎng)度為50～80 nm,厚度為15～30 nm。PET為鈦源制備的氧化鈦晶粒主要是形成了單晶片組成的微米球。微米球的大小為1～3μm,組成微米球的單晶片為～100nm。第二,將單晶片的制備與氧化鈦纖維相結(jié)合。分別以PAT、PET為鈦源,HF為形貌控制劑,異丙醇為溶劑,在反應(yīng)釜內(nèi)放入氧化鈦纖維,經(jīng)過180℃醇熱反應(yīng),得到表面負(fù)載單晶片(PAT為鈦源)和微米球(PET為鈦源)的氧化鈦纖維。利用XRD、FE-SEM、HR-TEM、AFM等表征測(cè)試手段,證實(shí)纖維表面存在(001)晶面。選取負(fù)載之后的氧化鈦纖維在350 W的汞燈下,降解亞甲基藍(lán)溶液,它們的光催化性能較P25的光催化性能提高了3～5倍。第三,采用不同比例,向PAT中摻入Diethylenetriamine (DETA),調(diào)整組成氧化鈦纖維晶粒的晶面結(jié)構(gòu)。利用FE-SEM等比較了不同摻入量的氧化鈦纖維的晶粒形貌,發(fā)現(xiàn)摻入量較高的氧化鈦纖維晶粒形貌控制得更理想。但是從XRD來看,它的結(jié)晶性有所降低。三、通過提高纖維的比表面積和拓寬吸收波段來改善氧化鈦纖維的光催化性能利用PAT作為鈦源,硅酸四乙酯為硅源,制備了TiO2-Si纖維。與沒有摻雜SiO2的氧化鈦纖維的比表面積相比較,TiO2-Si纖維的比表面積提高了一倍以上。利用PAT和硝酸鐵為原料,制備了TiO2-Fe纖維,其吸收波段拓寬至600nm的可見光區(qū)域。在可見光照射下,摻雜氧化鐵的氧化鈦纖維的光降解速率顯著提局。本論文采用有機(jī)聚鈦前驅(qū)體法制備了氧化鈦纖維,其中,PAT一步法制備方法簡(jiǎn)單,所得纖維光催化效率高。利用PAT、PET為前驅(qū)體,在醇熱條件下制備了(001)和(101)兩個(gè)晶面共存的氧化鈦單晶顆粒；在氧化鈦纖維表面成功負(fù)載了具有活性面的單晶片和由單晶片組成的微米球,光催化性能明顯提高。通過摻雜制備了兩種氧化鈦纖維：TiO2-Si和TiO2-Fe纖維。其中,氧化鈦纖維中摻入Si02后,其比表面積明顯增大；氧化鈦纖維摻雜Fe203后,拓寬了其吸收波段。
【關(guān)鍵詞】：氧化鈦纖維 光催化性能 單晶顆粒 有機(jī)聚鈦前驅(qū)體法 纖維改性
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ343.5
【目錄】：

• 摘要10-13
• ABSTRACT13-17
• 第一章 緒論17-35
• 1.1 氧化鈦纖維的重要性17-20
• 1.2 氧化鈦纖維的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 氧化鈦的性能優(yōu)化22-25
• 1.3.1 氧化鈦單晶材料22-25
• 1.3.2 氧化鐵和氧化硅對(duì)氧化鈦的摻雜改性25
• 1.4 工作基礎(chǔ)及研究意義25
• 1.5 研究目標(biāo)、總體思路、主要內(nèi)容25-27
• 1.5.1 研究目標(biāo)25-26
• 1.5.2 總體思路26
• 1.5.3 主要內(nèi)容26-27
• 參考文獻(xiàn)27-35
• 第二章 氧化鈦纖維的制備及性能研究35-61
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分35-36
• 2.1.1 原材料35
• 2.1.2 前驅(qū)體的制備方法35-36
• 2.2 樣品表征36-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-47
• 2.3.1 前驅(qū)體的聚合過程37-38
• 2.3.2 前驅(qū)體溶膠的流變性能38-39
• 2.3.3 前驅(qū)體的紅外及熱分析39-43
• 2.3.4 前驅(qū)體粉末的核磁氫譜分析43-46
• 2.3.5 氧化鈦前驅(qū)體纖維46-47
• 2.4 氧化鈦纖維的制備47-54
• 2.4.1 氧化鈦纖維的結(jié)晶性47-48
• 2.4.2 氧化鈦纖維的形貌分析48-51
• 2.4.3 氧化鈦纖維的XPS51-53
• 2.4.4 氧化鈦纖維的組織結(jié)構(gòu)性質(zhì)及光催化性能53-54
• 2.5 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 第三章 活性面氧化鈦晶粒及與氧化鈦纖維的負(fù)載61-89
• 3.1 前言61-62
• 3.2 氧化鈦單晶顆粒的制備62-68
• 3.2.1 單晶顆粒的制備62-63
• 3.2.2 樣品表征63-68
• 3.3 氧化鈦纖維表面負(fù)載單晶片68-73
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程68-69
• 3.3.2 結(jié)果與討論69-73
• 3.4 纖維表面負(fù)載微米球73-78
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)過程73
• 3.4.2 結(jié)果與討論73-78
• 3.5 DETA對(duì)氧化鈦纖維的改性78-83
• 3.5.1 制備方法79-80
• 3.5.2 結(jié)果與討論80-83
• 3.6 本章小結(jié)83-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 第四章 氧化鈦纖維的摻雜改性89-105
• 4.1 利用有機(jī)物改善氧化鈦纖維的比表面積89-92
• 4.1.1 制備89-90
• 4.1.2 表征90-92
• 4.2 氧化硅對(duì)氧化鈦纖維的摻雜92-96
• 4.2.1 制備92
• 4.2.2 表征92-96
• 4.3 氧化鐵對(duì)氧化鈦纖維的摻雜96-100
• 4.4 本章小結(jié)100
• 參考文獻(xiàn)100-105
• 第五章 結(jié)論及有待深入解決的問題105-109
• 5.1 主要結(jié)論105-106
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)106-107
• 5.3 有待深入解決的問題107-109
• 致謝109-111
• 攻讀博士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專利目錄111-113
• 附發(fā)表論文兩篇113-126
• 附件126

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 楊祝紅,暴寧鐘,鄭仲,劉暢,何明,馮新,陸小華;用溶劑熱處理法制備TiO_2纖維及其光催化降解甲基橙的活性[J];催化學(xué)報(bào);2002年06期

2 ;ATR-FTIR and XPS study on the structure of complexes formed upon the adsorption of simple organic acids on aluminum hydroxide[J];Journal of Environmental Sciences;2007年04期

3 吳越;董慶華;查全性;;光電化學(xué)反應(yīng)的催化 Ⅰ.大顆粒金島對(duì)n-TiO_2電極上光電化學(xué)過程的催化作用[J];化學(xué)學(xué)報(bào);1987年07期

4 陳奇;宋鸝;崔景巍;熊霞;程繼健;;TiO_2纖維的制備及其凝膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的研究[J];上海建材學(xué)院學(xué)報(bào);1995年01期

5 劉玉明;KDC法合成鈦酸鉀纖維的研究[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);1994年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉秀華;金屬離子摻雜二氧化鈦光催化劑的改性研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2007年

，

本文編號(hào)：962612