模板法制备介孔TiO2及其功能化研究

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非硅基有序介孔材料是近年来新兴起的一个研究热点。TiO2作为一种重要的过渡金属氧化物以其特有的光催化活性、紫外光屏蔽效应等功能,以及化学性质稳定、毒性低、价格便宜和易于回收等特点,成为非硅基介孔材料的研究热点。目前介孔TiO2的合成中存在着产物孔道有序性差、稳定性不够理想和难以得到晶态骨架的问题。本文通过使用两种方法合成介孔TiO2,研究了产物的结构性质及其影响因素,同时进行了光催化,以及固载磷钨酸功能化的研究。得出了以下主要结论:(1)以钛酸正四丁酯为前驱体,异丙醇为溶剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,通过溶胶-凝胶过程合成介孔TiO2,考察了焙烧温度、模板剂用量、老化时间等因素对介孔TiO2的晶型、形貌、比表面积、孔径分布等的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和N2的吸附-脱附技术对介孔TiO2进行了表征。结果表明制备的介孔TiO2具有短程有序的蠕虫状孔道,比表面积和孔容分别为137.5 m2·g-1和0.223 cm3·g-1。(2)以钛酸正四丁酯为钛源,异丙醇为溶剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,通过醇热法合成介孔TiO2,并对反应温度、反应时间、模板剂用量对介孔TiO2结构的影响做了研究。并采用FT-IR、XRD、HRTEM和N2吸附-脱附技术对介孔TiO2进行了表征。结果表明制备的介孔TiO2具有有序的孔径结构,且分布很窄,比表面积和孔容分别高达325 m2·g-1和0.4580 cm3·g-1。(3)通过光降解亚甲基蓝的实验,分别研究以上两种方法合成的介孔TiO2的光催化性能。结果得出在光降解条件为:光催化剂用量1%、亚甲基蓝溶液初始浓度30 mg/L和pH=7时,溶胶凝胶法制备的介孔TiO2的光催化活性优于醇热法制备的介孔TiO2。(4)对两种介孔TiO2进行磷钨酸固载实验,通过FT-IR、比表面积等表征手段,考察磷钨酸在两种介孔TiO2载体上的固载性能。结果表明磷钨酸的溶脱量在3 h内变化明显,4 h后溶脱量基本达到脱附平衡;相同固载比例下,溶胶-凝胶法合成的介孔TiO2为载体固载的磷钨酸,其溶脱量较大;相同载体、相同固载比例下,固载的磷钨酸在水中的溶脱量较大。实验结果为磷钨酸固载催化剂的制备及其应用提供了有益的信息。
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