论文部分内容阅读
纳米TiO2是目前应用最为广泛的光催化剂，可用于污染物的光化学降解。TiO2的主要晶型有锐钛矿型和金红石型，TiO2的晶型及不同晶型的含量是影响其光催化性能的重要因素。因此，进行纳米TiO2不同晶型含量的可控合成与其光催化性能研究，可为高性能纳米TiO2光催化剂的开发与应用提供依据。本文采用均相水解法，以TiCl4、无水乙醇、冰乙酸等为原料，分别以对甲苯磺酸（TSA）或柠檬酸（CA）为调节剂，研究了纳米TiO2的可控合成条件，用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）、BET（低温N2吸附-解吸法）等进行了样品表征，并以亚甲基蓝溶液作为模拟染料废水，探讨了合成的纳米TiO2光催化降解性能、影响因素及与金红石相含量的关系，得到了如下主要结果：1、用改进的均相水解法合成纳米TiO2，提高焙烧温度有利于纳米TiO2中金红石相的生成，通过添加TSA、CA等可以调控纳米TiO2中金红石含量。TSA添加比从0.0至0.14（即TSA和冰乙酸的摩尔比为0.0至0.14），焙烧温度为450℃，合成的纳米TiO2均为锐钛矿相，不含金红石；焙烧温度为550℃时，TSA添加比低时（从0.0至0.05），合成的纳米TiO2为锐钛矿，无金红石相，当TSA添加比增加至0.10时，合成的纳米TiO2中出现金红石相，含量随TSA添加量增加而提高，TSA添加比为0.10和0.14时，金红石含量分别为16.2％和24.4％；焙烧温度为600℃时，TSA添加比为0.0时，合成的纳米TiO2中金红石含量为28.9％，且随TSA添加比的增加，TiO2中金红石含量呈增加的趋势，当TSA添加比为0.18时，TiO2中金红石含量为93.O％；焙烧温度为700℃时，TSA添加比为0.0时，合成的纳米TiO2中金红石含量为80.6％，且随TSA添加比的增加，TiO2中金红石含量呈增加的趋势，TSA添加比从0.10至0.18，TiO2中金红石含量均为100％。2、以CA为添加剂，焙烧温度为450℃，CA添加比从0.0至0.10（即CA和冰乙酸的摩尔比为0.0-0.10），TiO2中金红石含量均为0％，当CA添加比为0.15时，TiO2中金红石含量为15.8％：焙烧温度为500℃，CA添加比从0.0至0.05时，TiO2中金红石含量均为0％，当CA添加比为0.10时，TiO2中金红石含量为26.8％，当CA添加比分别为0.15或0.25时，TiO2中金红石含量分别为54.4％和59.4％，即TiO2中金红石含量随CA添加比的增加而增加。3、合成的纳米TiO2的光催化性能受晶型影响大，金红石含量一定的混晶TiO2光催化性能较好。当TSA添加比为0.0-0.05（TSA和冰乙酸的摩尔比为0.0至0.05），焙烧温度为500℃-600℃，焙烧时间2h，可合成金红石含量为20-35％的样品，在实验条件下其光催化性能最佳，亚甲基蓝光反应2h降解率达37.53％。而纯锐钛矿型TiO2和金红石相含量为93.0％的TiO2，其亚甲基蓝光反应2h降解率分别为25.56％和3.53％。4、纳米TiO2降解亚甲基蓝溶液的动力学反应符合一级动力学方程。2个TiO2样品，TSA00-500（500℃焙烧2h，金红石含量为32.9％）及CA025-500（500℃焙烧2h，金红石含量为0％），与商品纳米二氧化钛P25分别光降解亚甲基蓝的速率常数从大到小依次为(min-1)：P25（0.00869）〉TSA00-500（0.00273）〉CA025-500（0.00226）。5、合成样品TSA00-550（550℃焙烧，金红石含量为0％）与P25在不同pH值条件下光解100mg·L-1亚甲基蓝溶液，在pH为5时，TSA00-550与P25的降解率都最低；在pH值为3时，降解率有所提高；pH大于5时，随着碱性增强，它们对亚甲基蓝的降解率呈增加的趋势，在碱性条件下，pH为11时，在实验条件下样TSA00-550对亚甲基蓝降解率达到最大，达62.66％；pH为9时，P25对亚甲基蓝的降解率达到最大，达71.97％。